Νέα Φιλοσοφία και Πρακτική για την Επιστήμη της Χημείας και την Αειφόρο Ανάπτυξη.
Περίληψη
Πράσινη Χημεία είναι μία νέα "φιλοσοφία" πρακτικών εφαρμογών για την έρευνα και την ανάπτυξη τόσο σε ερευνητικά εργαστήρια όσο και στη χημική βιομηχανία. Η Πράσινη Χημεία υπηρετεί τους ίδιους σκοπούς όπως η παραδοσιακή χημεία, αλλά δίνει μεγαλύτερη έμφαση στις μεθόδους και τις εφαρμογές, οι οποίες θα συμβάλλουν στην παραγωγή λιγότερο τοξικών προϊόντων και επικίνδυνων στο περιβάλλον. Απώτερος στόχος της Πράσινης Χημείας είναι η προώθηση της αειφόρου ανάπτυξης. Η περιβαλλοντική αφύπνιση της δεκαετίας του 1960 και οι σημερινές ανησυχίες για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των νέων χημικών προϊόντων, έδωσαν ώθηση στους χημικούς επιστήμονες να προτείνουν ριζοσπαστικές πρακτικές και αναζήτηση νέων μεθοδολογιών. Η Πράσινη Χημεία είναι μια νέα προσέγγιση που προσφέρει εναλλακτικές προοπτικές και μεθοδολογίες, ώστε τα χημικά προϊόντα και οι διεργασίες στη χημική βιομηχανία να ενέχουν λιγότερους κινδύνους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Η Πράσινη Χημεία περιλαμβάνει ηπιότερες χημικές συνθετικές μεθόδους, εναλλακτικές πηγές πρώτων υλών, νέες συνθετικές πορείες, πρόληψη της ρύπανσης, σχεδιασμό προϊόντων φιλικά προς το περιβάλλον, προστασία της υγείας των εργαζομένων, και μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Πράσινης Χημεία είναι ένα σύνολο αρχών οι οποίες με την εφαρμογή τους μειώνουν τη χρήση ή και την παραγωγή επικίνδυνων χημικών ουσιών, τόσο κατά το σχεδιασμό όσο και κατά τη χρήση των χημικών προϊόντων..
Πράσινη Χημεία: Από τη Θεωρία στην Πράξη
Η Πράσινη Χημεία (Green Chemistry) ήταν μια αφηρημένη έννοια επί δεκαετίες τόσο για τις πρακτικές και προτεραιότητες των χημικών στην χρήση και παραγωγή χημικών ουσιών, όσο και στην τεχνολογία χημικών προϊόντων. Αναφέρεται σε χημικούς ερευνητές, εκπαιδευτικούς διαφόρων βαθμίδων και χημικούς παραγωγής στις χημικές βιομηχανίες. Βασικός στόχος της ήταν να περιορισθεί η περιβαλλοντική ρύπανση, να προστατευθεί η υγεία των εργαζομένων και να εφαρμοσθούν αρχές αειφόρου ανάπτυξης.
Η αλματώδης ανάπτυξη των χημικών τεχνολογιών και των νέων προϊόντων και παρασκευασμάτων τις τελευταίες δεκαετίες δημιούργησε την εντύπωση ότι τα προβλήματα (πρώτες, ύλες, ρύπανση περιβάλλοντος, ανακύκλωση, υγιεινή εργαζομένων, κ.λπ.) θα έβρισκαν τη λύση τους μέσα από τους κανόνες της αγοράς, δηλαδή μέσα από τη ζήτηση και προσφορά και τις εθνικές και διεθνείς νομοθεσίες.
Τις τελευταίες δεκαετίες όμως παρασκευάζονται χιλιάδες νέες χημικές ουσίες και προϊόντα για ερευνητικούς σκοπούς, αλλά και εκατομμύρια τόνοι χημικών ουσιών και χημικών προϊόντων για διάφορες εφαρμογές (υπολογίζονται σε 600-700 εκατομμύρια τόνους ετησίως) με πολύ μικρό έλεγχο επικινδυνότητας. Τα χημικά προϊόντα μπορεί να έχουν οικιακή ή βιομηχανική χρήση και καλύπτουν μεγάλο φάσμα τεχνολογικών προϊόντων (καύσιμα, λιπάσματα, φυτοφάρμακα, πολυμερή, φάρμακα, καλλυντικά, απορρυπαντικά, πρώτες ύλες ηλεκτρονικών συσκευών, αυτοκινήτων αεροπλάνων, κ.λπ.). Τις ίδιες αυτές δεκαετίες η περιβαλλοντική ρύπανση από τις χημικές ουσίες και παρασκευάσματα, αλλά και διάφορα χημικά απόβλητα αυξήθηκαν ανησυχητικά και σε πολλές περιπτώσεις με καταστροφικές συνέπειες για την βιοποικιλότητα και τα ευαίσθητα οικοσυστήματα.
Αν και τα οφέλη στο οικονομικό και κοινωνικό επίπεδο από τα επιτεύγματα της Χημείας ήταν εντυπωσιακά και συνέτειναν στην καλύτερη ποιότητα ζωής του πληθυσμού των ανεπτυγμένων βιομηχανικών χωρών, η αλόγιστη ανάπτυξη των τελευταίων δεκαετιών είχε πολλές αρνητικές επιπτώσεις. Σύντομα οι επιστήμονες κατανόησαν ότι οι πλουτοπαραγωγικές πηγές μειώνονται δραστικά, τα εδάφη για την παραγωγή τροφίμων εξαντλούνται (ερημοποίηση), οι μεγαλουπόλεις και η αλόγιστη χρήση καυσίμων δημιουργούν επικίνδυνη ατμοσφαιρική ρύπανση και το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Παράλληλα, οι κανόνες αειφόρου ανάπτυξης υπέστησαν σοβαρή υποβάθμιση με σημαντικές συνέπειες για τις νέες γενεές και τον πλούτο των οικοσυστημάτων με τα οποία έχει εμπλουτισθεί ο πλανήτης μας.
Στα χρόνια μετά τον Β� Παγκόσμιο Πόλεμο σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στους διάφορους τομείς της Χημείας. Πρόσφατο όμως ορισμένοι χημικοί άρχισαν να ενδιαφέρονται για την κατάσταση που επικρατούσε στις πρακτικές των χημικών. Οι κλασικές μέθοδοι παρήγαγαν τοξικά απόβλητα, χρησιμοποιούσαν τοξικούς διαλύτες, κατανάλωναν πολύ ενέργεια, δεν ήταν ανακυκλώσιμα υλικά και συνέτειναν στη μείωση των πλουτοπαραγωγικών πηγών. Κατά τη γνώμη τους χρειάζονται ριζοσπαστικές αλλαγές για την προστασία της υγείας του ανθρώπου και τη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης. Ορισμένοι επιστήμονες θεώρησαν ότι τα προβλήματα αυτά μπορούν να λυθούν με την εφαρμογή των αρχών της Πράσινης ή/και Βιώσιμης Χημείας (Green and Sustainable Chemistry), μια νέα φιλοσοφία που καλύπτει όλους τους τομείς της επιστήμης της Χημείας.
Στόχοι και οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας
Βασικοί στόχοι της Πράσινης Χημείας: είναι η μείωση των επικίνδυνων χημικών ουσιών που σχετίζονται με χημικές πρακτικές και χημικά προϊόντα. Αν και υπάρχουν αρκετές αρνητικές επιπτώσεις από την αλόγιστη βιομηχανική ανάπτυξη, δεν πρέπει να αγνοούμε ότι οι κοινωνίες του 20ου και του 21ου αιώνα, μέσω της Χημείας και της Χημικής Τεχνολογίας, έχουν πετύχει σημαντικούς στόχους βελτίωσης της ζωής του ανθρώπου. Η Χημεία έχει συμβάλλει σε μεγάλο βαθμό στην οικονομική και τεχνολογική πρόοδο και σε πολλές περιπτώσεις στην προστασία των πλουτοπαραγωγικών πηγών και στη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης. Αλλά οι σημερινές συνθήκες δεν πρέπει να μας εφησυχάζουν. Οφείλουμε να γίνουν περισσότερα και πρέπει να γίνουν στα πρώτα στάδια και μέσα από την πορεία παρασκευής τους, και όχι μετά τη σχεδίαση και χρήση των χημικών προϊόντων. Δηλαδή, πρόληψη και όχι θεραπεία των επιβλαβών συνεπειών.
Οι επιστήμονες που προωθούν την Πράσινη Χημεία, θεωρούν ότι η μεθοδολογική προσέγγιση της αειφορίας δεν πρέπει να γίνει με την αποκατάσταση και έλεγχο της ρύπανσης, αλλά κυρίως με την πρόληψη στη βάση της τεχνολογίας και στις πρακτικές που ακολουθούνται. Για τον λόγο αυτό καθιέρωσαν τις Δώδεκα (12) Βασικές Αρχές της Πράσινης Χημείας. Οι αρχές αυτές είναι γενικές και σε αυτές θα μπορούσαν να προστεθούν και άλλες πιο εξειδικευμένες ανάλογα με την πρόοδο της επιστήμης.
1. Πρόληψη (Prevention): Όλες οι χημικές πρακτικές που ακολουθούνται σήμερα παράγουν επικίνδυνα και τοξικά απόβλητα. Η Πράσινη Χημεία θεωρεί ότι άμεση προτεραιότητα έχει το να προλαμβάνουμε την παραγωγή επικίνδυνων αποβλήτων, σε αντίθεση με το να κατεργαζόμαστε ή να καθαρίζουμε τα απόβλητα, αφού σχηματιστούν με τις διάφορες χημικές πρακτικές.
2. Αποδοτικότερη Χρήση των Συνθετικών Μεθόδων (Οικονομία Ατόμων), (Maximise synthetic methods, Atom Econοmy): Οι μέθοδοι χημικής σύνθεσης πρέπει να σχεδιάζονται, έτσι ώστε όλα τα άτομα των αντιδρώντων ή όσον το δυνατόν περισσότερα να συμμετέχουν στο τελικό προϊόν, ώστε να μην σχηματίζονται υπολείμματα που πρέπει να προστεθούν στα απόβλητα.
Η Πράσινη Χημεία έχει δημιουργήσει μεγάλες προσδοκίες μεταξύ των επιστημόνων για την ανάπτυξη μεθόδων προστασίας του περιβάλλοντος και της αειφορίας. Ουσιαστικά η Πράσινη Χημεία. επιθυμεί και αλλαγή νοοτροπίας και πρακτικών στην έρευνα και ανάπτυξη της χημικής βιομηχανίας.
3. Λιγότερο επικίνδυνες χημικές συνθέσεις (Less hazardous chemical synthesis): Σε όσες συνθέσεις είναι εφικτό, ο σχεδιασμός των συνθετικών μεθόδων πρέπει να γίνεται με τρόπο τέτοιο ώστε να χρησιμοποιούνται και να παράγονται χημικές ουσίες που έχουν ελάχιστη ή καθόλου τοξικότητα στον άνθρωπο και στο περιβάλλον.
4. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων (Designing safer chemicals): Τα χημικά προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται, έτσι ώστε να είναι αποτελεσματικά για τον σκοπό που σχεδιάστηκαν και για πρακτικές εφαρμογές. Απαιτείται ελαχιστοποίηση της τοξικότητάς τους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον..
5. Ασφαλέστεροι διαλύτες και βοηθητικά μέσα (Safer solvents and auxiliary substances): Η χρήση διαλυτών να αποφεύγεται σε όσο το δυνατόν περισσότερες τεχνικές ή όπου χρησιμοποιούνται να είναι αβλαβείς. Επίσης, οι βοηθητικές χημικές ουσίες και τα υλικά που χρησιμοποιούνται να είναι όσο το δυνατόν ασφαλέστερα για τους εργαζομένους και το περιβάλλον.
6. Σχεδιασμός για ενεργειακή αποτελεσματικότητα (Design for energy efficiency): Οι χημικοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους στις διάφορες τεχνικές τον παράγοντα εξοικονόμησης ενέργειας. Απαιτείται μείωση της απαιτούμενης ενέργειας στις διάφορες χημικές διεργασίες και όπου είναι δυνατόν οι συνθέσεις να γίνονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στην ατμοσφαιρική πίεση.
7. Χρήση ανανεώσιμων πρώτων υλών (Use of renewable feedstocks): Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στις χημικές διεργασίες πρέπει να είναι μη τοξικές και κυρίως ανανεώσιμες για να επικρατεί η μείωση της χρήσης των μη ανανεώσιμων πλουτοπαραγωγικών πηγών (μέταλλα, καύσιμα, πρώτες ύλες, κ.λπ.).
8. Μείωση ενδιάμεσων παραγώγων (Reduce intermediate derivatives): Οι χημικοί πρέπει να επιδιώκουν μείωση της άσκοπης παραγωγοποίησης (όπως προστατευτικές ομάδες, προστασία-αποπροστασία, προσωρινές τροποποιήσεις φυσικών και/ή χημικών διεργασιών). Οι πρακτικές αυτές πρέπει να ελαχιστοποιηθούν ή να αποφεύγονται, διότι τα στάδια αυτά απαιτούν επιπλέον αντιδραστήρια και δημιουργούν απόβλητα.
9. Κατάλυση. Χρήση καταλυτικών αντιδραστηρίων (Catalysis, catalytic reagents): Οι χημικοί πρέπει να επιδιώκουν τη χρήση καταλυτικών αντιδραστηρίων, κατά το δυνατόν εκλεκτικά, γιατί υπερτερούν των αντιδραστηρίων που επιβάλλει η στοιχειομετρία της αντίδρασης.
10. Σχεδιασμός προϊόντων που αποικοδομούνται εύκολα (Design products which degrade easily): Τα προϊόντα που παράγονται κατά τις χημικές διεργασίες πρέπει να να αποικοδομούνται (να διασπώνται) στο περιβάλλον προς μη τοξικά προϊόντα. Σε αντίθεση με τα σημερινά προϊόντα που διατηρούνται ανέπαφα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
11. Ανάλυση σε πραγματικό χρόνο για την πρόληψη της ρύπανσης (Real-time analysis for pollution prevention): Οι αναλυτικές μεθοδολογίες χρειάζονται περαιτέρω ανάπτυξη στην κατεύθυνση της παρακολούθησης μιας διεργασίας σε πραγματικό χρόνο, που θα επιτρέπουν τον έγκαιρο έλεγχο των διεργασιών πριν από τον σχηματισμό επικίνδυνων ουσιών
12. Πρακτικές ασφαλέστερης χημείας για την πρόληψη ατυχημάτων (Inherently safer chemistry for accident prevention) Οι χρησιμοποιούμενες και παραγόμενες ουσίες και οι τεχνικές σε μια χημική διεργασία πρέπει να επιλέγονται, έτσι ώστε να υπάρχει ελάχιστη πιθανότητα χημικών ατυχημάτων, συμπεριλαμβανομένων των εκπομπών, των εκρήξεων και της ανάφλεξης.
Οι βασικές αυτές αρχές της Πράσινης Χημείας μπορούν να διευρυνθούν ή και να βελτιωθούν με την εξέλιξη της χημικής τεχνολογίας. Η αλματώδης ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών ενέργειας, νέες ανανεώσιμες πρώτες ύλες, καταλυτικές διεργασίες που διευκολύνουν χημικές συνθέσεις και η πρόοδος στην ανακύκλωση ή εξουδετέρωση τοξικών και επικίνδυνων χημικών ουσιών, έχουν κάνει τους σκοπούς της Πράσινης Χημείας πιο εφαρμόσιμους και οικονομικούς για τη χημική βιομηχανία.
Πράσινη Χημεία και Αειφόρος Ανάπτυξη. Διεθνείς Οργανισμοί και Χημικές Επιστημονικές Εταιρείες
Η αρχική ιδέα της Πράσινης Χημείας πέρασε από διάφορα στάδια ανάπτυξης. Αρχικά υπήρχε διαμάχη μεταξύ των επιστημόνων με την ορολογία, εάν θα ήταν "Πράσινη Χημεία" ή "Αειφόρος Χημεία" (green chemistry, sustainable chemistry). Στην ουσία οι έννοιες είναι παραπλήσιες. Για την "πράσινη" χημεία θεωρούνταν ότι είχε κάποια πολιτική χροιά καθώς την εποχή εκείνη υπήρχαν "πράσινα" κινήματα και πολιτικά κόμματα "πρασίνων" σε πολλές χώρες. Ο όρος "αειφόρος" ή "βιώσιμη" θα μπορούσε να παραφρασθεί ως "χημεία για ένα βιώσιμο ή αειφόρο περιβάλλον". Τελικά επικράτησε η "Πράσινη Χημεία", γιατί πέραν από το επιστημονικό περιεχόμενο περιέχει και την έννοια της ριζοσπαστικής απόρριψης ξεπερασμένων νοοτροπιών και καταστάσεων.
Ο βασικός σκοπός της Πράσινης Χημείας είναι να συμβάλλει όσο το δυνατόν στην βιώσιμη ανάπτυξη του πλανήτη μας, προωθώντας την αλλαγή πρακτικών και μεθοδολογίας που για πολλές δεκαετίες ακολουθούσαν οι χημικοί και οι τεχνολόγοι. Απαιτεί τη χρήση εναλλακτικών χημικών ουσιών με μικρότερη τοξικότητα και μεθόδους που δεν θα παράγουν μεγάλες ποσότητες αποβλήτων. Η υγεία των εργαζομένων και των καταναλωτών είναι σημαντικό μέλημα της πράσινης χημείας. Αλλά θέλει να περιορίσει την περιβαλλοντική ρύπανση και την αλόγιστη εκμετάλλευση των πλουτοπαραγωγικών πηγών, ενώ. συγχρόνως επιθυμεί τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.
California Green Chemistry
Green Chemistry Network,
University of York, England
Environmental Protection Agency,
Green Chemistry (USA)
American Chemical Society
Λογότυποι και σήματα Πράσινης Χημείας. Οι χημικές οργανώσεις και τα πανεπιστήμια με το κύρος και τις δραστηριότητές τους έπαιξαν σημαντικό ρόλο την προώθηση των αρχών της πράσινης χημείας και τις πρακτικές που πρέπει να πραγματοποιηθούν στην χημική έρευνα και την χημική βιομηχανία.
Η Πράσινη Χημεία θέτει ως βασικό στόχο την πρόληψη της ρύπανσης. Με τον τρόπο αυτό εξοικονομεί υλικά και ενέργεια για την χημική βιομηχανία και παράγει λιγότερα και ασφαλέστερα χημικά προϊόντα με χαμηλή επιβάρυνση του περιβάλλοντος.
Η Χημική Βιομηχανία στην Ευρωπαϊκή Ένωση και στις Η.Π.Α. έχει υιοθετήσει αρκετές μεθοδολογίες της Πράσινης Χημείας τα τελευταία χρόνια. Επίσης, έχει εντάξει στην έρευνα και ανάπτυξη (research & development) την προώθηση "πράσινων" προϊόντων, "πράσινους" διαλύτες, όπως το υπερκρίσιμο CO2, που αντικαθιστά τους πτητικούς οργανικού και "πράσινες" καταλυτικές διεργασίες που περιορίζουν τα απόβλητα και μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας. Η χημική βιομηχανία τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει εξαιρετικά προσεκτική στα θέματα περιβαλλοντικής ρύπανσης και έχει επενδύσει σε νέες τεχνολογίες που δεν εκπέμπουν ρύπους και προστατεύουν την υγεία των εργαζομένων και των καταναλωτών.
Η Πράσινη Χημεία, ως μέρος της επιστήμης για την προστασία του περιβάλλοντος και της υγείας του ανθρώπου, εμπεριέχει τον όρο της "επικινδυνότητας" (hazardous), χημικών ουσιών, προϊόντων και τεχνολογίας. Στην ουσία η Πράσινη Χημεία πηγαίνει στην "καρδιά" της αποτελεσματικής μείωσης του κινδύνου και στην πρόληψη της ρύπανσης.
Ο κίνδυνος (risk) είναι ακρογωνιαίος όρος για τα χημικά προϊόντα και χημικές διεργασίες και είναι αποτέλεσμα της επικινδυνότητας και του βαθμού έκθεσης (ή δόσης κατά την τοξικολογία)
Κίνδυνος =Επικινδυνότητα Χ 'Εκθεση (Risk = Hazard X Exposure)
Αυτοί είναι κλασικοί όροι τοξικολογίας. 'Οταν μια χημική ουσία παρουσιάζει τοξικότητα (ή άλλη επιβλαβή επίδραση, όπως καρκινογόνο δράση, εκρηκτική, διαβρωτική, καυστική, κ.λ.π.), τότε πρέπει να λάβουμε υπόψη μας και την ποσοτική έκθεση ή δόση και τον τρόπο πρόσληψης (εάν έχει παραληφθεί με την τροφή ή έχει γίνει εισπνοή της).
Το γινόμενο των δύο αυτών ποσοτικών παραγόντων μας επιτρέπει να μετρήσουμε ή να υπολογίσουμε τον κίνδυνο. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο όλες σχεδόν οι τεχνικές πρόληψης ή προφύλαξης από επικίνδυνες ουσίες εντοπίζουν το ενδιαφέρον τους αρχικά στο βαθμό της έκθεσης (δηλαδή στη δόση και στη χρονική διάρκεια της έκθεσης). Στην πρακτική υγιεινής και ασφάλεια των εργαζομένων στη βιομηχανία για παράδειγμα απαιτεί τεχνικές ελέγχου και προστασίας (γάντια, αναπνευστική μάσκα, εξαερισμός, κ.λπ.).
Η Πράσινη Χημεία προσεγγίζει με ριζοσπαστικό τρόπο τη μείωση του κινδύνου, το κόστος της πρόληψης και την πιθανή αποτυχία των τεχνικών και ελέγχων να αποτρέψουν την έκθεση. Η Πράσινη Χημεία ενδιαφέρεται και καλύπτει ένα μεγάλο φάσμα επικινδυνοτήτων. Κυρίως βέβαια χημικών ουσιών και χημικών διεργασιών, αλλά και ρύπανση περιβάλλοντος, είτε αφορά τοπικές μορφές ρύπανσης είτε παγκόσμιες (όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου). Αλλά και στον τομέα της ενέργειας και της οικονομίας, η Πράσινη Χημεία προσπαθεί να αντιμετωπίσει με ριζοσπαστικές αλλαγές τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και να κατευθύνει τη χημική βιομηχανία στην πορεία για την αειφορία και την καλύτερη διαχείριση των οικονομικών όρων παραγωγής, ανακύκλωσης και μείωση των αποβλήτων κ.λπ.
Ιστορικό Πλαίσιο για την Ανάπτυξη της Πράσινης Χημείας
Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας 1990, με την άνθιση του κινήματος των πολιτών για την προστασία του περιβάλλοντος, όπως και των επιστημόνων που εργάζονταν στην έρευνα και ανάπτυξη χημικών βιομηχανιών και ερευνητικών κέντρων, αναπτύχθηκε η ιδέα της Πράσινης Χημείας. Τότε ο Paul Anastas, ο οποίος εργάζονταν στην Αμερικανική Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος, (Environmental Protection Agency, Office of Pollution Prevention and Toxics), πρότεινε και καθιέρωσε τον όρο "Green Chemistry". 'Ηταν μια εποχή που μεγάλος αριθμός επιστημόνων και τεχνολόγων έκαναν σημαντικές αλλαγές σε καθιερωμένες πρακτικές για τον περιορισμό της ρύπανσης και την προστασία των εργαζομένων και καταναλωτών. Ο Paul Anastas (ο οποίος είναι ελληνικής καταγωγής) θεωρείται ως ο πατέρας της πράσινης χημείας και σημαντικός επιστήμονας, ο οποίος έχει εκδώσει δέκα βιβλία για την Πράσινη Χημεία στις ΗΠΑ.
Οι επιστήμονες που έκαναν αυτές τις ριζοσπαστικές προτάσεις για την Πράσινη Χημεία είχαν σπουδάσει ως χημικοί και είχαν εργασθεί ερευνητικά για πολλά χρόνια σε χημικά εργαστήρια ή σε χημικές βιομηχανίες. Παρατήρησαν λοιπόν πως ξοδεύονταν τεράστια ποσά για απαρχαιωμένες συνθετικές μεθόδους και πρακτικές που χρησιμοποιούσαν πολλά συνθετικά στάδια και χρονοβόρες μεθόδους καθαρισμού με τοξικούς διαλύτες. 'Ηδη ορισμένοι επιστήμονες σε άρθρα τους είχαν επισημάνει τις πρακτικές αυτές και με την αφύπνιση του περιβαλλοντικού κινήματος και της ιδέας της αειφορίας, άρχισαν να προετοιμάζουν το έδαφος για τις απαιτούμενες αλλαγές. 'Ετσι ξεκίνησαν διάφορες πρωτοβουλίες.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (Environmental Protection Agency, EPA) ξεκίνησε ένα πρόγραμμα πράσινης χημείας, εκπαίδευσης και πρακτικών σε διεθνές επίπεδο για να περάσει το μήνυμα στην επιστημονική κοινότητα. Το 1995 στις ΗΠΑ καθιερώθηκαν τα ετήσια βραβεία πράσινης χημείας που απονέμει ο Πρόεδρος των ΗΠΑ στους βραβευμένους (Presidential Green Chemistry Challenge Awards). Με τα βραβεία αυτά καθιερώθηκε η συμβολική αλλά και η καθοριστική επιβράβευση των επιστημόνων, που προβαίνουν στις πιο σημαντικές ανακαλύψεις και εφαρμογές στον τομέα της πράσινης χημείας στις ΗΠΑ.
Το Green Chemistry Institute έχει παίξει σημαντικό ρόλο για την ανάπτυξη και διάδοση των αρχών της Πράσινης Χημείας.
Αντίστοιχα στην Ιταλία, το 1993 ιδρύθηκε η Ενδοπανεπιστημιακή συνεργασία (κονσόρτσιουμ) για τη Χημεία και το Περιβάλλον [Interuniversity Consortium Chemistry for the Environment (INCA)] με σκοπό να προωθήσει θέματα συνεργασίας μεταξύ των χημικών των πανεπιστημίων για περιορισμό της ρύπανσης του περιβάλλοντος και λιγότερα απόβλητα στα χημικά εργαστήρια. Το 1993 στη Βενετία έγινε η πρώτη συνάντηση με τίτλο "Processi Chimici Innovativie Tutela dell� Ambiente".
Η Διεθνής Οργάνωση για τη Βασική και Εφαρμοσμένη Χημεία [International Union for the Pure and Applied Chemistry, IUPAC, Παρίσι] το 1996 αποφάσισε να ιδρυθεί ομάδα ειδικών για την Πράσινη Χημεία. Το 1997 στη Βενετία έγινε το Πρώτο Διεθνές Συνέδριο για την Πράσινη Χημεία (First International Green Chemistry Conference) υπό την αιγίδα της IUPAC.
Το 1997 ιδρύθηκε το Ινστιτούτο Πράσινης Χημείας (The Green Chemistry Institute) από την Αμερικανική Χημική Εταιρεία. 'Ενα Ινστιτούτο με μεγάλη επιρροή και δραστηριότητες για εφαρμογές της πράσινης χημείας. Το Ινστιτούτο έχει επιτελέσει σημαντικό έργο στην ενημέρωση των χημικών και στη διάδοση των ερευνητικών και τεχνολογικών πρωτοβουλιών και νέων μεθοδολογιών. Επίσης, έχει κάνει σημαντικές επεμβάσεις στις χημικές βιομηχανίες για να εφαρμόσουν πρακτικές πράσινης χημείας. Το Ινστιτούτο διοργανώνει διεθνή συνέδρια σε θέματα πράσινης χημείας, εκδίδει βιβλία και προωθεί εκπαιδευτικά προγράμματα.
Η Ευρωπαϊκή ΄Ενωση χρηματοδότησε και ξεκίνησαν μαθήματα στο Διεθνές Καλοκαιρινό Σχολείο Πράσινης Χημείας (International Green Chemistry Summer School) στη Βενετία από το 1998 με την πρωτοβουλία της οργάνωσης των Ιταλών επιστημόνων της INCA (www.unive.it/inca, Professor Pietro Tundo).
Το 2001 επιτεύχθηκε η χρηματοδότηση στη Μεγάλη Βρετανία από το EPSRC Engineering and Physical Sciences Research Council) και από τη Royal Society of Chemistry (RSC) για την ίδρυση ενός δικτύου επιστημόνων και ερευνητών για θέματα πράσινης χημεία (GCRN, Green Chemistry Research Network, με έδρα το Πανεπιστήμιο York της Αγγλίας Το Πανεπιστήμιο York έχει ένα σημαντικό ερευνητικό κέντρο Πράσινης Χημείας (καθ. James Clark) με πολύπλευρες δραστηριότητες (www.chemsoc.org/networks/gcn/discuss.htm). Στο πανεπιστήμιο York λειτουργεί και αναπτύσσεται ραγδαία το κέντρο The Green Chemistry Centre of Excellence με προπτυχιακές και μεταπτυχιακές σπουδές, πολυάριθμες δραστηριότητες (εκπαίδευση, έρευνα, συνέδρια και εκδόσεις). Επίσης από το 1999 εκδίδει το περιοδικό (μηνιαίο) Green Chemistry της Βασιλικής ΄Ενωσης Χημείας (Royal Society of Chemistry), το οποίο αποτελεί ένα από τα λίγα επιστημονικά περιοδικά στον τομέα της πράσινης χημείας.
Επίσης, διεθνείς ή Ευρωπαϊκοί οργανισμοί ανάπτυξαν προγράμματα έρευνας πάνω στις αρχές της πράσινης χημείας. Η European Directorate for R&D (DG Research) έβαλε στόχους πράσινης χημείας και αειφορίας στη χρηματοδότηση ερευνητικών και αναπτυξιακών προγραμμάτων με το 5ο Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προγραμμάτων (European Fifth Framework Programme). Το Διεθνές Κέντρο Επιστήμης και Υψηλής Τεχνολογίας των Ηνωμένων Εθνών UNIDO-ICS (International Centre for Science and High Technology of the United Nations Industrial Development Organization) ανάπτυξε προγράμματα πράσινης χημείας και χρηματοδότησε ιδέες για καθαρότερη τεχνολογία. Επίσης, η Οργάνωση για την Οικονομική Συνεργασία και Ανάπτυξη (ΟΟΣΑ) (OECD, Organization for Economical Cooperation and Development) προώθησε προγράμματα Πράσινης Χημείας μεταξύ των βιομηχανικών χωρών που αντιπροσωπεύει.
Paul Anastas
Professor James Clark (York)
Professor Pietro Tundo (Venice)
Prof. Michael Braungart (Germany)
Διάφορες προσωπικότητες της Πράσινης Χημείας: Ο Paul Anastas "πατέρας" της Πράσινης Χημείας, ο Καθ. James Clark (University of York, England), ο καθ. Pietro Tundo (Βενετία) και ο Καθ. Michael Braungart (Process Engineering, Suderburg University). Ο τελευταίος με τον αρχιτέκτονα William McDonough έγραψαν το βιβλίο "Cradle to Cradle. Remaking the Way We Make Things". North Point Press, New York, 2002, που έγινε bestseller σε όλο τον κόσμο για τις καινοτόμες ιδέες στην κατασκευή αντικειμένων.
Το 2002 ένα βιβλίο "Cradle to Cradle. Remaking the Way We Make Things" (North Point Press, New York, 2002) των William McDonough & Michael Braungart έγινε bestseller για τις καινοτόμες ιδέες στο σχεδιασμό καταναλωτικών προϊόντων Επιπλέον ο καθηγητής Braungart καθιέρωσε ετήσιο κατάλογο των καλύτερων προϊόντων πράσινης χημείας και σχεδιασμού καταναλωτικών προϊόντων
Την τελευταία δεκαετία έχουν δημιουργηθεί πολλά ινστιτούτα πράσινης χημείας σε διάφορες χώρες (Ιαπωνία, Ιταλία, Κίνα, Αυστραλία, Σουηδία, Γερμανία, Ισπανία, Ταϊβάν, κ.ά.). Για παράδειγμα Canadian Green Chemistry Network, Centre for Greene Chemistry (Australia), Green and Sustainable Chemistry Network (Japan).
Στην Ελλάδα υπάρχει το Ελληνικό Δίκτυο Πράσινης Χημείας (ΕΔΠΧ), στο οποίο συμμετέχουν διάφοροι ερευνητές κυρίως πανεπιστημίων, με συντονιστή τον Καθηγητή Κωνσταντίνο Πούλο, του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Πατρών (C.Poulos@chemistry.upatras.gr, http://www.chemistry.upatras.gr). Κάθε δύο χρόνια το ΕΔΠΧ διοργανώνει συνέδρια Π.Χ. στην Ελλάδα (2004 1ο Συνέδριο Π.Χ. Αθήνα, 2007 2ο Συνέδριο Π.Χ. Πάτρα, 2008 Θερινό Σχολείο: Πράσινη και Βιώσιμη Χημεία, Πάτρα, 2009 3ο Συνέδριο Πράσινης Χημεία, Θεσσαλονίκη, 2010 2nd International Symposium on Green Chemistry for Environment and Health, Mykonos, Greece)
Επίσης πολλά πανεπιστήμια και ιδιαίτερα Τμήματα Χημείας έχουν τα τελευταία χρόνια αναπτύξει προπτυχιακές και μεταπτυχιακές σπουδές με θέμα την Πράσινη Χημεία. Για παράδειγμα: Green Chemical Engineering Material Framework, University of Texas, Austin, USA, Green Chemistry for Process Engineering, University of Nottingham, England, Industrial and Applied Green Chemistry, University of York, England, Center for Green Chemistry and Green Engineering, Yale University, Greener Education Materials for Chemists, University of Oregon).
Επίσης, αρκετές χημικές βιομηχανίες λαμβάνουν ενεργό μέρος στην προώθηση των στόχων της πράσινης χημείας στη βιομηχανία. Για παράδειγμα Goodrich Corporation, Dow Chemical Company, E.I. DuPont de Nemours, Eastman Kodak Company, κ.λπ.
Επιστημονικές Περιοχές Εφαρμογών της Πράσινης Χημείας
Από τη δεκαετία του 1960 οι χημικές βιομηχανίες προχώρησαν σε προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας και προστασίας των εργαζομένων και του περιβάλλοντος, επειδή υπήρχαν σαφή οικονομικά οφέλη. Οι τεχνολογίες που εφαρμόσθηκαν δεν ήταν μόνο φιλικές στο περιβάλλον αλλά και πιο αποδοτικές. Ορισμένες χημικές διεργασίες και πρακτικές διατηρήθηκαν (για παράδειγμα στην οργανική σύνθεση) επί δεκαετίες, με μικρές αλλαγές πρώτων υλών και εναλλακτικές καταλυτικές τεχνικές. Οι χημικοί πιστεύουν ότι μπορούν να επιτευχθούν οι ίδιοι ή καλύτεροι στόχοι και λιγότερο τοξικά προϊόντα και απόβλητα με τις αρχές της πράσινης χημείας.
Το 1998 με τη συνεργασία της OECD, μέσω του προγράμματος "Risk Management Programme", προωθήθηκε μια νέα δραστηριότητα είχε ονομασθεί "Βιώσιμη Χημεία" (Sustainable Chemistry), με σκοπό να προωθήσει νέες εναλλακτικές πρακτικές στη χημική βιομηχανία φιλικότερες στο περιβάλλον. Συστάθηκε λοιπόν μια επιτροπή και με εκπροσώπους πολλών βιομηχανικών χωρών (Ιαπωνία, Γερμανία, Καναδάς, Σουηδία, κ.α.) που έθεσε τις βάσεις για τις περιοχές εφαρμογών της Πράσινης Χημείας.
Οι περιοχές εφαρμογής της πράσινης χημείας προσδιορίσθηκαν, και έχουν επιλεγεί με γνώμονα την οικονομία και την αειφόρο ανάπτυξη.
1. Χρησιμοποίηση εναλλακτικών πρώτων υλών (use of alternative feedstocks). Στον τομέα αυτόν υπάρχουν ήδη σημαντικές εξελίξεις και μεγάλος αριθμός νέων τεχνολογιών. Οι πρώτες ύλες στη χημική βιομηχανία πρέπει να είναι ανανεώσιμες σε αντίθεση με τις πρώτες ύλες της πετροχημικής βιομηχανίας, που έχουν περιορισμένο χρονικό πλαίσιο. Επίσης, να είναι λιγότερο τοξικές για την υγεία των εργαζομένων και καταναλωτών και συγχρόνως φιλικές προς το περιβάλλον.
2. Χρήση χημικών αντιδραστηρίων που έχουν μικρό βαθμό επικινδυνότητας (use less hazardous reagents). Από τις γνώσεις μας μέσω των τοξικολογικών και οικοτοξικολογικών ερευνών, είναι γνωστά τα δεδομένα και ο βαθμός τοξικότητας πολλών αντιδραστηρίων. Επομένως η χημική βιομηχανία και οι ερευνητές γνωρίζουν και μπορούν να αντικαταστήσουν ορισμένα αντιδραστήρια, ιδιαίτερα με νέες καταλυτικές τεχνικές, στη σύνθεση νέων προϊόντων.
3. Εφαρμογή νέων φυσικών διεργασιών (use of natural processes). Οι επιστήμονες τις τελευταίες δεκαετίες έχουν αναπτύξει νέες βιοσυνθετικές οδούς παρασκευής χημικών ουσιών και βιοκαταλυτικές μεθόδους που έχουν μεγάλη εκλεκτικότητα και δίνουν καλύτερες αποδόσεις στη σύνθεση πολλών χρήσιμων χημικών υλικών. Επομένως, η Πράσινη Χημεία και νέες μέθοδοι μπορούν να αντικαταστήσουν τις παλαιές πρακτικές.
4. Χρησιμοποίηση εναλλακτικών διαλυτών (use of alternative solvents). Για πολλές δεκαετίες χρησιμοποιούνται διαλύτες με τοξικές ιδιότητες και σε μερικές περιπτώσεις επικίνδυνοι στο περιβάλλον (όταν καταστούν απόβλητα μετά από χρήση). Η χημική βιομηχανία και οι ερευνητές μπορούν να επενδύσουν σε εναλλακτικούς διαλύτες και τεχνικές (π.χ. συνθέσεις χωρίς διαλύτες ή/και διαλύτη νερό). Στον τομέα αυτό έχουν επιτευχθεί πολλές νέες ανακαλύψεις. Η σημαντική μείωση των αποβλήτων στην οργανική σύνθεση είναι ακόμη μια πλευρά της ίδιας προσπάθειας.
5. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών ουσιών και χημικών προϊόντων (design of safer chemicals and products). Υπάρχουν ήδη πολλές εξελίξεις και μεθοδολογίες στην επιστήμη της τοξικολογίας για την εκτίμηση του κινδύνου, ακόμη και με βάση τη δομή των ενώσεων (Quantitative structure-activity relationships, QSARs), Επίσης, είναι γνωστοί οι τοξικολογικοί μηχανισμοί δράσης. Επομένως, οι χημικοί μπορούν να παρασκευάσουν λιγότερο τοξικά προϊόντα και να συνθέσουν χημικές ουσίες που να έχουν χαμηλότερη τοξικότητα.
Εικόνα χημικού εργαστηρίου σε χημική βιομηχανία. Η Πράσινη Χημεία επιδιώκει την ριζοσπαστική αλλαγή στις μεθοδολογίες και στην παραγωγή χημικών προϊόντων. Οι χημικές βιομηχανίες μπορούν να επιλέξουν καινοτόμες μεθοδολογίες με λιγότερη ενεργειακή κατανάλωση και με λιγότερα απόβλητα.
Εικόνα ερευνητικού χημικού εργαστηρίου. Τα εργαστήρια χρησιμοποιούνται πολλοί διαλύτες και τοξικά αντιδραστήρια. Η Πράσινη Χημεία θεωρεί ότι οι πρακτικές αυτές πρέπει να αλλάξουν με λιγότερο τοξικούς διαλύτες και πρακτικές με ελάχιστη παραγωγή αποβλήτων Η διαχείριση των χημικών αποβλήτων είναι πολυέξοδη.
6. Ανάπτυξη εναλλακτικών συνθηκών αντιδράσεων (developing alternative reaction conditions). Οι χημικοί έχουν ανακαλύψει πολυάριθμες συνθήκες για μεγάλο αριθμό αντιδράσεων. Φωτοχημικές αντιδράσεις, υπέρηχοι, μικροκυματικές συνθήκες, χαμηλές θερμοκρασίες έχουν αποδειχθεί ότι εφαρμοζόμενες δίνουν καλύτερες αποδόσεις και καθαρά προϊόντα που δεν απαιτούν διαλύτες για διαχωρισμό ή πολύπλοκες διαχωριστικές τεχνικές και ξήρανση. Επομένως θα μπορούσαν να εφαρμοσθούν στη χημική βιομηχανία.
7. Δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας (minimizing energy consumption). Η χημική βιομηχανία έχει επενδύσει σε νέες τεχνολογίες για τη μείωση της ενέργειας σε πολλές διεργασίες. Επειδή η κατανάλωση ενέργειας είναι ακρογωνιαίος παράγοντας οικονομίας και μείωσης της περιβαλλοντικής ρύπανσης, πρέπει να γίνουν επιπλέον προσπάθειες για να γενικευθεί η μείωση της ενέργειας σε όλες τις διαδικασίες παραγωγής, συσκευασίας, εμπορικής διάθεσης και ανακύκλωσης των προϊόντων.
Βλέπουμε με πολύ συνοπτικό τρόπο τους κρίσιμους τομείς όπου οι αρχές της πράσινης ή αειφόρου χημείας βρίσκουν εφαρμογές. Οι περιοχές αυτές έχουν ήδη διερευνηθεί και έχουν γίνει πολλές πρόοδοι για να εφαρμοσθούν.
Χρησιμοποίηση Εναλλακτικών Πρώτων Υλών και Διεργασιών Σύνθεσης στην 'Ερευνα και τη Χημική Βιομηχανία
Οι πρώτες ύλες είναι σημαντικό τμήμα της οργανικής σύνθεσης και της βιομηχανικής παρασκευής χημικών προϊόντων. Ανάλογα με τις πρώτες ύλες παράγονται και αντίστοιχα προϊόντα.
Μέχρι τώρα γνωρίζουμε ότι η πετροχημική βιομηχανία είναι ο πυρήνας πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία, αλλά και των 20-25.000 χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στην έρευνα (πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα, ινστιτούτα και εργαστήρια αναλύσεων). Η αλλαγή αυτή όμως πρέπει να λάβει υπόψη της οικονομικές παραμέτρους, ενεργειακή κατανάλωση, στάδια σύνθεσης, απόβλητα, καθαρισμούς, ποιότητα και τοξικότητα προϊόντων και με απώτερο σκοπό τη ρύπανση ευαίσθητων οικοσυστημάτων. Η Πράσινη Χημεία προτείνει:
Ανανεώσιμες πρώτες ύλες (Renewable feedstocks)
Οι πρώτες ύλες πρέπει να είναι ανανεώσιμες. Η δεύτερη ιδιότητα που ενδιαφέρει την Πράσινη Χημεία είναι η χαμηλότερη τοξικότητα ώστε να ανταποκρίνεται στην προστασία των εργαζομένων και του περιβάλλοντος. Η χημική βιομηχανία πρέπει να αναζητήσει προοδευτικά νέες πρώτες ύλες. Η Πράσινη Χημεία προτείνει στροφή προς βιολογικές πρώτες ύλες σε αντίθεση με τις πρώτες ύλες της πετροχημικής βιομηχανίας. Είναι γνωστό σε όλους ότι αυτό δεν είναι εύκολο ούτε πολλές φορές εφικτό. Στον τομέα αυτό όμως έχουν επιτευχθεί σημαντικές πρόοδοι και ορισμένες βιομηχανίες χρησιμοποιούν εναλλακτικές και ανανεώσιμες πηγές πρώτων υλών.
Ελαιοχημεία (Oleochemistry)
Τα φυτικά έλαια και ζωικά λίπη (κτηνοτροφία) μπορούν να καταστούν πηγή πρώτων υλών. 'Ηδη υπάρχουν αρκετές ερευνητικές και εφαρμοσμένες μελέτες για τη χρήση φυτικών ελαίων και λιπών από φυτικά και ζωικά προϊόντα για την παρασκευή καλλυντικών, πολυμερών, λιπαντικών και άλλων προϊόντων.
Φωτοχημεία (Photochemistry)
Μια άλλη διάσταση που προσθέτει η Πράσινη Χημεία στη σύνθεση χημικών ουσιών είναι το φως στην ευρύτερη έννοιά του. Το φως (ορατό και υπεριώδες) μπορεί να παίξει ρόλο ενεργειακού καταλύτη σε αντίθεση με τοξικούς μεταλλικούς καταλύτες που χρησιμοποιούνται τώρα. Το φως, και ιδιαίτερα η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και μέσω της Φωτοχημείας μπορεί να αποβεί χρήσιμο. Σήμερα έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες δυνατότητες, μετά από ερευνητικές εργασίες, για τη χρήση του άφθονου ηλιακού φωτός στις οργανικές συνθέσεις χημικών ουσιών.
Η Βιομάζα μπορεί να αποτελέσει πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαερίου ή υγρών καυσίμων, όπως επίσης και πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία.
Φωτοκαταλυτική σύνθεση με οξείδιο του τιτανίου
Τα τελευταία χρόνια έχουν σημειωθεί σημαντικές πρόοδοι στη χρήση φωτοχημικών αντιδράσεων παρουσία οξειδίου του τιτανίου (TiO2) σε συνθήκες ορατού φωτός για βιομηχανικές συνθέσεις. Η κατανάλωση ενέργειας είναι περιορισμένη και περιορίζονται οι διαλύτες και τα απόβλητα.
Φωτοκαταλυτικές οξειδωτικές μέθοδοι διάσπασης. Εξουδετέρωση αποβλήτων
Η φωτοκατάλυση (με τιτάνιο και άλλα οξείδια μετάλλων) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την γρήγορη διάσπαση ή εξουδετέρωσης τοξικών και επικίνδυνων ουσιών και αποβλήτων. Οι μέθοδοι αυτοί χρησιμοποιούν διάφορα οξειδωτικά μέσα [υπεροξείδιο του υδρογόνου, όζον, TiO2, αντιδραστήρια Fenton (Fe2++ H2O2), κ.λπ. ]. Στις μεθόδους αυτές δεν χρησιμοποιούν άλλες χημικές ουσίες, δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον και τα προϊόντα διάσπασης είναι μη τοξικές μικρού μοριακού βάρους χημικές ουσίες. Οι μέθοδοι καλούνται Προχωρημένες Οξειδωτικές Διεργασίες (Advanced Oxidation Processes, AOP) και με τη βοήθεια του φωτός (κυρίως υπεριώδες) έχουν επεκταθεί στην τεχνολογία απορρύπανσης και εξουδετέρωσης τοξικών και υγρών βιομηχανικών αποβλήτων.
Βιομάζα ως πρώτη ύλη και Βιοκαύσιμα (Waste Biomass as chemical feedstock, biomaterials and biofuels)
Τις τελευταίες δεκαετίες πολλές αγροτικές και κτηνοτροφικές παραγωγικές διεργασίες καταλήγουν να παράγουν τεράστιες ποσότητες φυτικών και ζωικών αποβλήτων βιολογικής προέλευσης. Η βιομάζα με κατάλληλη κατεργασία μπορεί να συνεισφέρει στην παραγωγή πρώτων χημικών υλών (biomaterials) στη χημική βιομηχανία.
Βιοαποικοδόμηση της βιομάζας
Κατ' αρχάς η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας (βιοαέριο). Επίσης με φυσικές και χημικές διεργασίες μπορεί η βιομάζα να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή βιοκαυσίμων (βιοντήζελ). To 2005 η εκμετάλλευση της βιομάζας συνεισέφερε περίπου, το 19% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας. Ενώ τα βιολογικά καύσιμα αντιστοιχούν, περίπου, στο ~4% της βενζίνης που καταναλώνεται στα οχήματα.
Βιοκατάλυση και Βιομετασχηματισμοί (Biocatalysis, Biotransformations)
Η βιοκατάλυση θεωρείται κατεξοχήν πράσινη τεχνική. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται εδώ και πολλά χρόνια σε πολλές βιομηχανικές παραγωγικές διεργασίες για παραγωγή χημικών ουσιών και πρώτες ύλες για την φαρμακευτική και τη χημική βιομηχανία. Η βιοκατάλυση βρίσκεται στο μεταίχμιο των διεργασιών ζύμωσης (για την παρασκευή αλκοολούχων ποτών και άλλων προϊόντων) και της πετροχημικής βιομηχανίας. Οι βιομετατροπές που μπορούν να επιτευχθούν μέσω της βιοκατάλυσης είναι πράσινες πρακτικές που θα μπορούσαν να διευρύνουν τις μεθόδους βιομετατροπής οργανικών ενώσεων σε χρήσιμα προϊόντα.
Η βιοκατάλυση έχει εφαρμοσθεί σε πολλές βιομηχανικές πρακτικές.
Δέσμευση του Διοξειδίου του 'Ανθρακα μέσω Βιομηχανικών Διεργασιών
Η δέσμευση ή σύμπλεξη με διάφορα συμπλεκτικά μέσα (sequestering) του CO2 μέσω χημικών διεργασιών που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση και παραγωγή προϊόντων έχει αποτελέσει αντικείμενο έρευνας. Επειδή το CO2 είναι σημαντικό αέριο του θερμοκηπίου, οι χημικοί ερευνούν τρόπους να εφαρμόσουν πρακτικές Πράσινης Χημείας. Σημαντικός αριθμός ερευνών επεξεργάζονται πρώτες ύλες, χημικές διεργασίες και σχεδιασμό προϊόντων ώστε να περιλαμβάνεται και η δέσμευση ή χρήση του CO2 που παράγεται..
Χρησιμοποίηση Μειωμένης Τοξικότητας και Επικινδυνότητας Χημικών Αντιδραστηρίων και Διαλυτών στις Συνθετικές Διεργασίες
'Οπως γίνεται και με την επιλογή των πρώτων υλών για την Πράσινη Χημεία, η επιλογή των αντιδραστηρίων στις συνθετικές διεργασίες μπορούν να γίνουν με κριτήρια επικινδυνότητας. Κατ' αρχάς πρέπει να αναλυθεί η καταλληλότητα και τα στάδια σύνθεσης αλλά και οι εναλλακτικές προοπτικές για τον περιορισμό της ρύπανσης και την έκθεση των εργαζομένων.
Σύμφωνα με τις αρχές της Πράσινης Χημείας η επιλογή των αντιδραστηρίων και διαλυτών πρέπει να γίνει με κριτήρια τοξικότητας και να εξετασθεί η πορεία της χρήσης τους (σύνθεση, διαχωρισμός, καθαρισμός, ανακύκλωση, απόρριψη, επαναχρησιμοποίηση, κ.λπ.).
Μια από τις διεργασίες που πρέπει να ενδιαφέρει τον χημικό είναι η μείωση των τοξικών αποβλήτων. Αλλά και σε περιπτώσεις δημιουργίας αναπόφευκτων αποβλήτων πρέπει να επιδιώκεται η μείωση της τοξικότητας και η φιλική στο περιβάλλον κατεργασία τους.
Οι χημικοί σύμφωνα με τις τάσεις της πράσινης χημείας πρέπει να μελετήσουν την εκλεκτικότητα των αντιδράσεων, ώστε να επιτυγχάνουν μεγαλύτερες αποδόσεις, λιγότερα απόβλητα και μικρής τοξικότητας προϊόντα. Οι νέες καταλυτικές μέθοδοι πιστεύεται ότι θα μπορούσαν να επιτύχουν αυτούς τους στόχους.
Οξειδωτικές πορείες και Πράσινη Χημεία
Υπάρχουν πολυάριθμες έρευνες για χημικές οξειδώσεις με αρχές πράσινης χημείας που απαιτούν μη τοξικούς διαλύτες (όπως νερό, διοξείδιο του άνθρακα) και σε ήπιες συνθήκες. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) είναι αρκετά καλή οξειδωτική ένωση, με παραγωγή μόνο νερού και υψηλή εκλεκτικότητα. Ωστόσο, η χρήση του είναι περιορισμένη και γίνονται προσπάθειες για νέες ομοιογενείς και ετερογενείς διεργασίες σε συνδυασμό με άλλους καταλύτες. Οι οξειδωτικές συνθέσεις είναι εξαιρετικά σημαντικές στην φαρμακευτική, πετροχημική και αγροτική χημική βιομηχανία. Διάφορες οξειδωτικές ενώσεις, όπως μοριακό οξυγόνο, οξείδια του αζώτου και άλλες ενώσεις συμβαδίζουν με τις αρχές πράσινης χημείας. Οξειδώσεις σε αέρια φάση του βενζολίου, της κυκλοπεντανόνης και του προπυλενίου είναι μερικές από τις εφαρμογές. Η χημική βιομηχανία έχει κάνει σημαντικές προόδους στον τομέα αυτό.
Επίσης, τα τελευταία χρόνια προωθούνται διάφορες καταλυτικές μέθοδοι με τη χρήση νέων υλικών, ιδιαίτερα μεταλλικά σύμπλοκα και συμπλέγματα μεταλλικών συστημάτων. Τα πιο σημαντικά που έχουν μελετηθεί τα τελευταία χρόνια είναι: τα μεταλλο-υπεροξο συστήματα (metal-peroxo systems), τα πολυ-οξομεταλλικά συμπλέγματα (polyoxometal-lates), [Polyoxometallates (POM), οξείδια μετάλλων υπό μορφή συμπλεγμάτων (metal oxide clusters) κυρίως βολφραμίου], και τα ετερο-ανιόντα (heteroanions). Επίσης, διεξάγονται πολυάριθμες έρευνες με καταλυτικά υλικά που στηρίζονται σε ζεολιθικά υλικά (zeolitic materials). Οι επιφάνειες των ζεολιθικών υλικών μπορούν να αποβούν εκλεκτικές σε διάφορες οργανικές συνθέσεις
Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν σημειωθεί πρόοδοι στη συνθετική οργανική χημεία με την ανακάλυψη νέων καταλυτών με μειωμένα στάδια σε συνθετικές πορείες. Αρκετές βιομηχανικές εφαρμογές στηρίζονται σε ανόργανα πολυοξέα (inorganic polyacids) και ετερο-πολυοξέα (heteropolyacids) ως πράσινοι καταλύτες σε οξειδώσεις, την ενυδάτωση μιγμάτων βουτενίου και πολυμερισμό τετραϋδροφουρανίου. Η ετερογενής κατάλυση έχει δείξει ενδιαφέροντα αποτελέσματα γιατί παράγει καθαρότερα υλικά, μικρότερες ποσότητες αποβλήτων και εύκολο διαχωρισμό των προϊόντων. Διάφορα πορώδη υλικά (με πόρους μικρής διαμέτρου) έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται με τη δυνατότητα να ρυθμίζουν τη διάχυση των αντιδρώντων (mesoporous solid acids). Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνουν εκλεκτική κατάλυση, ταχύτερες συνθετικές πορείες και καθαρότερα προϊόντα.
Οι χημικές βιομηχανίες πολυμερών και πλαστικών προϊόντων έχουν σημειώσει ριζικές αλλαγές στις μεθοδολογίες τους. Πρόσφατα έχουν επιτευχθεί σημαντικές αλλαγές στις χημικές μεθόδους πολυμερισμού και παραγωγής πολυμερικών υλικών με τις αρχές της πράσινης χημείας. Χρήση νέων πρώτων υλών, μείωση αποβλήτων και βιοκαταλυτικές μέθοδοι χωρίς διαλύτες έχουν εφαρμοσθεί με σημαντικές επιτυχίες για την παραγωγή γνωστών πολυμερών..
Εφαρμογή νέων Φυσικών Διεργασιών και Συνθηκών στη Σύνθεση Χημικών Ουσιών
Οι χημικοί στην έρευνα και στη χημική βιομηχανία χρησιμοποιούν εδώ και δεκαετίες νέες συνθήκες και φυσικοχημικές διεργασίες με κανόνες πράσινης χημείας για τη σύνθεση χημικών ουσιών. Τα ιονικά υγρά ως εναλλακτικοί διαλύτες, σύνθεση με διαλύτη νερό, πολυφθοριωμένες φάσεις για σύνθεση, υπερκρίσιμο CO2, υπέρηχοι και μικροκύματα είναι μερικές από τις εφαρμογές.
Ιοντικά υγρά (ionic liquids) και οργανική σύνθεση
Τα ιοντικά υγρά είναι μίγματα ανιόντων και κατιόντων, τηγμένα άλατα, με σημείο τήξης περίπου 100oC, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικοί διαλύτες στην οργανική σύνθεση. Αν και τα ιοντικά υγρά δεν συμβαδίζουν με την ορολογία της πράσινης χημείας, πιστεύεται ότι σε μια δεκαετία θα μπορέσουν να καταστούν αρκετά "πράσινα" για να αποτελέσουν εναλλακτικούς διαλύτες.
Οργανική σύνθεση σε υδατικό περιβάλλον
Σήμερα το νερό μπορεί να χρησιμοποιείται ως διαλύτης σε πολλές οργανικές συνθέσεις. Οι οργανικές συνθέσεις Diels-Alder είναι ένα παράδειγμα. Το νερό αποτελεί ιδανικό διαλύτη, επιταχύνει την πορεία της αντίδρασης και προωθεί την εκλεκτικότητα, ακόμη και για αντιδραστήρια τα οποία είναι ελάχιστα διαλυτά ή/και αδιάλυτα στο νερό.
Τεχνικές οργανικής σύνθεσης σε πολυφθοριωμένες φάσεις
Στις τεχνικές αυτές χρησιμοποιούνται πολυφθοριωμένα διφασικά συστήματα διαλυτών, που διαλύουν έναν καταλύτη με μεγάλου μήκους υπερφθοριωμένη αλκυλο-αλυσίδα σε ένα αλειφατικό υπερφθοριωμένο διαλύτη. Τα αντιδραστήρια προστίθενται στον οργανικό διαλύτη που είναι αδιάλυτος στην υπερφθοριωμένη φάση. Κατά τη θέρμανση του μείγματος οι δύο φάσεις αναμιγνύονται και αυτό βοηθάει εξαιρετικά στην επιτάχυνση της αντίδρασης των αντιδρώντων και με πολύ καλή απόδοση.
Υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα και υπερκρίσιμο νερό
Υπερκρίσιμο υγρό είναι η κατάσταση κατά την οποία ένα υγρό βρίσκεται σε θερμοκρασία και πίεση μεγαλύτερη των αντίστοιχων κρίσιμων τιμών και συνήθως σε κατάσταση υπερρευστότητας. Υπάρχει και κατάσταση με υπερκρίσιμα υγρά κατά την εκχύλιση (SFE, supercritical fluid extraction). Οι αντιδράσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα και νερό έχουν πολλές ιδιότητες που ταιριάζουν με τις αρχές της Πράσινης Χημείας, με υψηλές αποδόσεις και με την χρήση μη τοξικών διαλυτών.
Χρήση Μικροκυμάτων (microwave) στην οργανική σύνθεση
Η χρήση φούρνων μικροκυμάτων (microwave furnace) στην οργανική σύνθεση είναι μία πρακτική που έχει ξεκινήσει εδώ και πολλά χρόνια με εντυπωσιακά αποτελέσματα στη σύνθεση πολλών οργανικών ενώσεων. Οι αντιδράσεις είναι σύντομες, οι αποδόσεις ικανοποιητικές και μπορούν να διεξαχθούν χωρίς την χρήση διαλυτών.
Χημεία Υπερήχων (Sonochemistry) στην οργανική σύνθεση
Η χρήση υπερήχων είναι μια άλλη προσέγγιση για τη χρήση ήπιων μορφών ενέργειας στην οργανική σύνθεση. Αν και οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνταν επί δεκαετίες στη βιομηχανία και στα ακαδημαϊκά εργαστήρια, η χρήση τους στην οργανική σύνθεση είναι πρόσφατη. Πλεονέκτημα είναι το ότι οι οργανικές συνθέσεις επιτυγχάνονται σε υψηλές αποδόσεις με μικρή χρήση διαλυτών και με περιορισμένα παραπροϊόντα.
Εκτός από τις παραπάνω "πράσινες" πρακτικές που εφαρμόσθηκαν με επιτυχία στην οργανική σύνθεση, ώστε να αποφευχθεί η χρήση τοξικών οργανικών διαλυτών, υπάρχουν και άλλες μεθοδολογικές προσεγγίσεις, όπως τα Θερμορυθμιζόμενα συστήματα, τα Διαλυτά πολυμερή (χρησιμοποιούνται ως καταλύτες) και οι βιοκαταλύτες (κυρίως ένζυμα) για την υποβοήθηση οργανικών συνθέσεων σε ήπιες συνθήκες.
Εναλλακτικοί Διαλύτες: Αντικατάσταση Τοξικών Διαλυτών
Η αντικατάσταση ορισμένων κοινών διαλυτών που χρησιμοποιούνταν επί δεκαετίες στην οργανική σύνθεση και έχουν τοξικές ιδιότητες, είναι μία πρακτική που εφαρμόσθηκε σε πολλά εργαστήρια. οργανικής σύνθεσης. Παραδείγματα υπάρχουν: τολουόλιο αντί βενζολίου, κυκλοεξάνιο αντί τετραχλωράνθρακα, διχλωρομεθάνιο αντί χλωροφόρμιου, κ.λπ. Στην επιστημονική βιβλιογραφία υπάρχουν αρκετές έρευνες στις οποίες έγινε αντικατάσταση διαλυτών χωρίς να μειωθεί η απόδοση και με λιγότερα τοξικά απόβλητα.
Δραστική Μείωση της Κατανάλωσης Ενέργειας
Με την ενεργειακή κρίση των τελευταίων δεκαετιών και με την ένταση του φαινόμενου του θερμοκηπίου, οι πρακτικές της πράσινης χημείας αναγκαστικά τείνουν να προσαρμοσθούν στη δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Είναι γνωστό ότι η πετροχημική βιομηχανία χρησιμοποιεί σημαντικές ποσότητες ενέργειας για την παραγωγή χημικών προϊόντων (φάρμακα, πλαστικά, λιπαντικά, απορρυπαντικά, ελαστομερή, λιπάσματα, φυτοφάρμακα, αναλυτικά αντιδραστήρια, κ.λπ.). Το καθεστώς αυτό μπορεί να μεταβληθεί με "πράσινες" πρακτικές.
Οι σημαντικότερες συνθετικές και παρασκευαστικές τεχνικές στη χημική βιομηχανία πρέπει να εξετασθούν από την αρχή για να διαπιστωθούν οι εναλλακτικές μεθοδολογίες μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας. Προς την κατεύθυνση αυτή έχουν διεξαχθεί πολλές έρευνες.
Επίλογος
Η Πράσινη Χημεία δεν είναι απλώς μία νέα θεωρητική εξέλιξη στις χημικές πρακτικές, αλλά ένα σύνθετο σύστημα αρχών και εναλλακτικών κανόνων που θα συμβάλλουν στην αειφορία. Η Πράσινη Χημεία μπορεί να ανατρέψει την αντίληψη του απλού ανθρώπου για τη Χημεία, ώστε το όνομα της χημικής επιστήμης να μην κηλιδώνεται από την εκμετάλλευση των πλουτοπαραγωγικών πηγών και την παραγωγή προϊόντων που ρυπαίνουν το περιβάλλον και έχουν επικίνδυνες επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Η εφαρμογή καινοτόμων μεθοδολογιών και νέων πρακτικών εφαρμογών μπορεί να γίνει σε όλο το φάσμα των χημικών διεργασιών. Νέες πρώτες ύλες που είναι ανανεώσιμες, ηπιότερες χημικές συνθέσεις, σχεδιασμός λιγότερο επικίνδυνων χημικών ουσιών, αντικατάσταση τοξικών διαλυτών και μείωση της κατανάλωσης ενέργειας είναι ορισμένες από τις προτάσεις της Πράσινης Χημείας.
Πηγή: http://chem.uoa.gr
Περίληψη
Πράσινη Χημεία είναι μία νέα "φιλοσοφία" πρακτικών εφαρμογών για την έρευνα και την ανάπτυξη τόσο σε ερευνητικά εργαστήρια όσο και στη χημική βιομηχανία. Η Πράσινη Χημεία υπηρετεί τους ίδιους σκοπούς όπως η παραδοσιακή χημεία, αλλά δίνει μεγαλύτερη έμφαση στις μεθόδους και τις εφαρμογές, οι οποίες θα συμβάλλουν στην παραγωγή λιγότερο τοξικών προϊόντων και επικίνδυνων στο περιβάλλον. Απώτερος στόχος της Πράσινης Χημείας είναι η προώθηση της αειφόρου ανάπτυξης. Η περιβαλλοντική αφύπνιση της δεκαετίας του 1960 και οι σημερινές ανησυχίες για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των νέων χημικών προϊόντων, έδωσαν ώθηση στους χημικούς επιστήμονες να προτείνουν ριζοσπαστικές πρακτικές και αναζήτηση νέων μεθοδολογιών. Η Πράσινη Χημεία είναι μια νέα προσέγγιση που προσφέρει εναλλακτικές προοπτικές και μεθοδολογίες, ώστε τα χημικά προϊόντα και οι διεργασίες στη χημική βιομηχανία να ενέχουν λιγότερους κινδύνους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Η Πράσινη Χημεία περιλαμβάνει ηπιότερες χημικές συνθετικές μεθόδους, εναλλακτικές πηγές πρώτων υλών, νέες συνθετικές πορείες, πρόληψη της ρύπανσης, σχεδιασμό προϊόντων φιλικά προς το περιβάλλον, προστασία της υγείας των εργαζομένων, και μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Πράσινης Χημεία είναι ένα σύνολο αρχών οι οποίες με την εφαρμογή τους μειώνουν τη χρήση ή και την παραγωγή επικίνδυνων χημικών ουσιών, τόσο κατά το σχεδιασμό όσο και κατά τη χρήση των χημικών προϊόντων..
Πράσινη Χημεία: Από τη Θεωρία στην Πράξη
Η Πράσινη Χημεία (Green Chemistry) ήταν μια αφηρημένη έννοια επί δεκαετίες τόσο για τις πρακτικές και προτεραιότητες των χημικών στην χρήση και παραγωγή χημικών ουσιών, όσο και στην τεχνολογία χημικών προϊόντων. Αναφέρεται σε χημικούς ερευνητές, εκπαιδευτικούς διαφόρων βαθμίδων και χημικούς παραγωγής στις χημικές βιομηχανίες. Βασικός στόχος της ήταν να περιορισθεί η περιβαλλοντική ρύπανση, να προστατευθεί η υγεία των εργαζομένων και να εφαρμοσθούν αρχές αειφόρου ανάπτυξης.
Η αλματώδης ανάπτυξη των χημικών τεχνολογιών και των νέων προϊόντων και παρασκευασμάτων τις τελευταίες δεκαετίες δημιούργησε την εντύπωση ότι τα προβλήματα (πρώτες, ύλες, ρύπανση περιβάλλοντος, ανακύκλωση, υγιεινή εργαζομένων, κ.λπ.) θα έβρισκαν τη λύση τους μέσα από τους κανόνες της αγοράς, δηλαδή μέσα από τη ζήτηση και προσφορά και τις εθνικές και διεθνείς νομοθεσίες.
Τις τελευταίες δεκαετίες όμως παρασκευάζονται χιλιάδες νέες χημικές ουσίες και προϊόντα για ερευνητικούς σκοπούς, αλλά και εκατομμύρια τόνοι χημικών ουσιών και χημικών προϊόντων για διάφορες εφαρμογές (υπολογίζονται σε 600-700 εκατομμύρια τόνους ετησίως) με πολύ μικρό έλεγχο επικινδυνότητας. Τα χημικά προϊόντα μπορεί να έχουν οικιακή ή βιομηχανική χρήση και καλύπτουν μεγάλο φάσμα τεχνολογικών προϊόντων (καύσιμα, λιπάσματα, φυτοφάρμακα, πολυμερή, φάρμακα, καλλυντικά, απορρυπαντικά, πρώτες ύλες ηλεκτρονικών συσκευών, αυτοκινήτων αεροπλάνων, κ.λπ.). Τις ίδιες αυτές δεκαετίες η περιβαλλοντική ρύπανση από τις χημικές ουσίες και παρασκευάσματα, αλλά και διάφορα χημικά απόβλητα αυξήθηκαν ανησυχητικά και σε πολλές περιπτώσεις με καταστροφικές συνέπειες για την βιοποικιλότητα και τα ευαίσθητα οικοσυστήματα.
Αν και τα οφέλη στο οικονομικό και κοινωνικό επίπεδο από τα επιτεύγματα της Χημείας ήταν εντυπωσιακά και συνέτειναν στην καλύτερη ποιότητα ζωής του πληθυσμού των ανεπτυγμένων βιομηχανικών χωρών, η αλόγιστη ανάπτυξη των τελευταίων δεκαετιών είχε πολλές αρνητικές επιπτώσεις. Σύντομα οι επιστήμονες κατανόησαν ότι οι πλουτοπαραγωγικές πηγές μειώνονται δραστικά, τα εδάφη για την παραγωγή τροφίμων εξαντλούνται (ερημοποίηση), οι μεγαλουπόλεις και η αλόγιστη χρήση καυσίμων δημιουργούν επικίνδυνη ατμοσφαιρική ρύπανση και το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Παράλληλα, οι κανόνες αειφόρου ανάπτυξης υπέστησαν σοβαρή υποβάθμιση με σημαντικές συνέπειες για τις νέες γενεές και τον πλούτο των οικοσυστημάτων με τα οποία έχει εμπλουτισθεί ο πλανήτης μας.
Στα χρόνια μετά τον Β� Παγκόσμιο Πόλεμο σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στους διάφορους τομείς της Χημείας. Πρόσφατο όμως ορισμένοι χημικοί άρχισαν να ενδιαφέρονται για την κατάσταση που επικρατούσε στις πρακτικές των χημικών. Οι κλασικές μέθοδοι παρήγαγαν τοξικά απόβλητα, χρησιμοποιούσαν τοξικούς διαλύτες, κατανάλωναν πολύ ενέργεια, δεν ήταν ανακυκλώσιμα υλικά και συνέτειναν στη μείωση των πλουτοπαραγωγικών πηγών. Κατά τη γνώμη τους χρειάζονται ριζοσπαστικές αλλαγές για την προστασία της υγείας του ανθρώπου και τη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης. Ορισμένοι επιστήμονες θεώρησαν ότι τα προβλήματα αυτά μπορούν να λυθούν με την εφαρμογή των αρχών της Πράσινης ή/και Βιώσιμης Χημείας (Green and Sustainable Chemistry), μια νέα φιλοσοφία που καλύπτει όλους τους τομείς της επιστήμης της Χημείας.
Στόχοι και οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας
Βασικοί στόχοι της Πράσινης Χημείας: είναι η μείωση των επικίνδυνων χημικών ουσιών που σχετίζονται με χημικές πρακτικές και χημικά προϊόντα. Αν και υπάρχουν αρκετές αρνητικές επιπτώσεις από την αλόγιστη βιομηχανική ανάπτυξη, δεν πρέπει να αγνοούμε ότι οι κοινωνίες του 20ου και του 21ου αιώνα, μέσω της Χημείας και της Χημικής Τεχνολογίας, έχουν πετύχει σημαντικούς στόχους βελτίωσης της ζωής του ανθρώπου. Η Χημεία έχει συμβάλλει σε μεγάλο βαθμό στην οικονομική και τεχνολογική πρόοδο και σε πολλές περιπτώσεις στην προστασία των πλουτοπαραγωγικών πηγών και στη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης. Αλλά οι σημερινές συνθήκες δεν πρέπει να μας εφησυχάζουν. Οφείλουμε να γίνουν περισσότερα και πρέπει να γίνουν στα πρώτα στάδια και μέσα από την πορεία παρασκευής τους, και όχι μετά τη σχεδίαση και χρήση των χημικών προϊόντων. Δηλαδή, πρόληψη και όχι θεραπεία των επιβλαβών συνεπειών.
Οι επιστήμονες που προωθούν την Πράσινη Χημεία, θεωρούν ότι η μεθοδολογική προσέγγιση της αειφορίας δεν πρέπει να γίνει με την αποκατάσταση και έλεγχο της ρύπανσης, αλλά κυρίως με την πρόληψη στη βάση της τεχνολογίας και στις πρακτικές που ακολουθούνται. Για τον λόγο αυτό καθιέρωσαν τις Δώδεκα (12) Βασικές Αρχές της Πράσινης Χημείας. Οι αρχές αυτές είναι γενικές και σε αυτές θα μπορούσαν να προστεθούν και άλλες πιο εξειδικευμένες ανάλογα με την πρόοδο της επιστήμης.
1. Πρόληψη (Prevention): Όλες οι χημικές πρακτικές που ακολουθούνται σήμερα παράγουν επικίνδυνα και τοξικά απόβλητα. Η Πράσινη Χημεία θεωρεί ότι άμεση προτεραιότητα έχει το να προλαμβάνουμε την παραγωγή επικίνδυνων αποβλήτων, σε αντίθεση με το να κατεργαζόμαστε ή να καθαρίζουμε τα απόβλητα, αφού σχηματιστούν με τις διάφορες χημικές πρακτικές.
2. Αποδοτικότερη Χρήση των Συνθετικών Μεθόδων (Οικονομία Ατόμων), (Maximise synthetic methods, Atom Econοmy): Οι μέθοδοι χημικής σύνθεσης πρέπει να σχεδιάζονται, έτσι ώστε όλα τα άτομα των αντιδρώντων ή όσον το δυνατόν περισσότερα να συμμετέχουν στο τελικό προϊόν, ώστε να μην σχηματίζονται υπολείμματα που πρέπει να προστεθούν στα απόβλητα.
Η Πράσινη Χημεία έχει δημιουργήσει μεγάλες προσδοκίες μεταξύ των επιστημόνων για την ανάπτυξη μεθόδων προστασίας του περιβάλλοντος και της αειφορίας. Ουσιαστικά η Πράσινη Χημεία. επιθυμεί και αλλαγή νοοτροπίας και πρακτικών στην έρευνα και ανάπτυξη της χημικής βιομηχανίας.
3. Λιγότερο επικίνδυνες χημικές συνθέσεις (Less hazardous chemical synthesis): Σε όσες συνθέσεις είναι εφικτό, ο σχεδιασμός των συνθετικών μεθόδων πρέπει να γίνεται με τρόπο τέτοιο ώστε να χρησιμοποιούνται και να παράγονται χημικές ουσίες που έχουν ελάχιστη ή καθόλου τοξικότητα στον άνθρωπο και στο περιβάλλον.
4. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων (Designing safer chemicals): Τα χημικά προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται, έτσι ώστε να είναι αποτελεσματικά για τον σκοπό που σχεδιάστηκαν και για πρακτικές εφαρμογές. Απαιτείται ελαχιστοποίηση της τοξικότητάς τους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον..
5. Ασφαλέστεροι διαλύτες και βοηθητικά μέσα (Safer solvents and auxiliary substances): Η χρήση διαλυτών να αποφεύγεται σε όσο το δυνατόν περισσότερες τεχνικές ή όπου χρησιμοποιούνται να είναι αβλαβείς. Επίσης, οι βοηθητικές χημικές ουσίες και τα υλικά που χρησιμοποιούνται να είναι όσο το δυνατόν ασφαλέστερα για τους εργαζομένους και το περιβάλλον.
6. Σχεδιασμός για ενεργειακή αποτελεσματικότητα (Design for energy efficiency): Οι χημικοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους στις διάφορες τεχνικές τον παράγοντα εξοικονόμησης ενέργειας. Απαιτείται μείωση της απαιτούμενης ενέργειας στις διάφορες χημικές διεργασίες και όπου είναι δυνατόν οι συνθέσεις να γίνονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στην ατμοσφαιρική πίεση.
7. Χρήση ανανεώσιμων πρώτων υλών (Use of renewable feedstocks): Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στις χημικές διεργασίες πρέπει να είναι μη τοξικές και κυρίως ανανεώσιμες για να επικρατεί η μείωση της χρήσης των μη ανανεώσιμων πλουτοπαραγωγικών πηγών (μέταλλα, καύσιμα, πρώτες ύλες, κ.λπ.).
8. Μείωση ενδιάμεσων παραγώγων (Reduce intermediate derivatives): Οι χημικοί πρέπει να επιδιώκουν μείωση της άσκοπης παραγωγοποίησης (όπως προστατευτικές ομάδες, προστασία-αποπροστασία, προσωρινές τροποποιήσεις φυσικών και/ή χημικών διεργασιών). Οι πρακτικές αυτές πρέπει να ελαχιστοποιηθούν ή να αποφεύγονται, διότι τα στάδια αυτά απαιτούν επιπλέον αντιδραστήρια και δημιουργούν απόβλητα.
9. Κατάλυση. Χρήση καταλυτικών αντιδραστηρίων (Catalysis, catalytic reagents): Οι χημικοί πρέπει να επιδιώκουν τη χρήση καταλυτικών αντιδραστηρίων, κατά το δυνατόν εκλεκτικά, γιατί υπερτερούν των αντιδραστηρίων που επιβάλλει η στοιχειομετρία της αντίδρασης.
10. Σχεδιασμός προϊόντων που αποικοδομούνται εύκολα (Design products which degrade easily): Τα προϊόντα που παράγονται κατά τις χημικές διεργασίες πρέπει να να αποικοδομούνται (να διασπώνται) στο περιβάλλον προς μη τοξικά προϊόντα. Σε αντίθεση με τα σημερινά προϊόντα που διατηρούνται ανέπαφα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
11. Ανάλυση σε πραγματικό χρόνο για την πρόληψη της ρύπανσης (Real-time analysis for pollution prevention): Οι αναλυτικές μεθοδολογίες χρειάζονται περαιτέρω ανάπτυξη στην κατεύθυνση της παρακολούθησης μιας διεργασίας σε πραγματικό χρόνο, που θα επιτρέπουν τον έγκαιρο έλεγχο των διεργασιών πριν από τον σχηματισμό επικίνδυνων ουσιών
12. Πρακτικές ασφαλέστερης χημείας για την πρόληψη ατυχημάτων (Inherently safer chemistry for accident prevention) Οι χρησιμοποιούμενες και παραγόμενες ουσίες και οι τεχνικές σε μια χημική διεργασία πρέπει να επιλέγονται, έτσι ώστε να υπάρχει ελάχιστη πιθανότητα χημικών ατυχημάτων, συμπεριλαμβανομένων των εκπομπών, των εκρήξεων και της ανάφλεξης.
Οι βασικές αυτές αρχές της Πράσινης Χημείας μπορούν να διευρυνθούν ή και να βελτιωθούν με την εξέλιξη της χημικής τεχνολογίας. Η αλματώδης ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών ενέργειας, νέες ανανεώσιμες πρώτες ύλες, καταλυτικές διεργασίες που διευκολύνουν χημικές συνθέσεις και η πρόοδος στην ανακύκλωση ή εξουδετέρωση τοξικών και επικίνδυνων χημικών ουσιών, έχουν κάνει τους σκοπούς της Πράσινης Χημείας πιο εφαρμόσιμους και οικονομικούς για τη χημική βιομηχανία.
Πράσινη Χημεία και Αειφόρος Ανάπτυξη. Διεθνείς Οργανισμοί και Χημικές Επιστημονικές Εταιρείες
Η αρχική ιδέα της Πράσινης Χημείας πέρασε από διάφορα στάδια ανάπτυξης. Αρχικά υπήρχε διαμάχη μεταξύ των επιστημόνων με την ορολογία, εάν θα ήταν "Πράσινη Χημεία" ή "Αειφόρος Χημεία" (green chemistry, sustainable chemistry). Στην ουσία οι έννοιες είναι παραπλήσιες. Για την "πράσινη" χημεία θεωρούνταν ότι είχε κάποια πολιτική χροιά καθώς την εποχή εκείνη υπήρχαν "πράσινα" κινήματα και πολιτικά κόμματα "πρασίνων" σε πολλές χώρες. Ο όρος "αειφόρος" ή "βιώσιμη" θα μπορούσε να παραφρασθεί ως "χημεία για ένα βιώσιμο ή αειφόρο περιβάλλον". Τελικά επικράτησε η "Πράσινη Χημεία", γιατί πέραν από το επιστημονικό περιεχόμενο περιέχει και την έννοια της ριζοσπαστικής απόρριψης ξεπερασμένων νοοτροπιών και καταστάσεων.
Ο βασικός σκοπός της Πράσινης Χημείας είναι να συμβάλλει όσο το δυνατόν στην βιώσιμη ανάπτυξη του πλανήτη μας, προωθώντας την αλλαγή πρακτικών και μεθοδολογίας που για πολλές δεκαετίες ακολουθούσαν οι χημικοί και οι τεχνολόγοι. Απαιτεί τη χρήση εναλλακτικών χημικών ουσιών με μικρότερη τοξικότητα και μεθόδους που δεν θα παράγουν μεγάλες ποσότητες αποβλήτων. Η υγεία των εργαζομένων και των καταναλωτών είναι σημαντικό μέλημα της πράσινης χημείας. Αλλά θέλει να περιορίσει την περιβαλλοντική ρύπανση και την αλόγιστη εκμετάλλευση των πλουτοπαραγωγικών πηγών, ενώ. συγχρόνως επιθυμεί τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.
California Green Chemistry
Green Chemistry Network,
University of York, England
Environmental Protection Agency,
Green Chemistry (USA)
American Chemical Society
Λογότυποι και σήματα Πράσινης Χημείας. Οι χημικές οργανώσεις και τα πανεπιστήμια με το κύρος και τις δραστηριότητές τους έπαιξαν σημαντικό ρόλο την προώθηση των αρχών της πράσινης χημείας και τις πρακτικές που πρέπει να πραγματοποιηθούν στην χημική έρευνα και την χημική βιομηχανία.
Η Πράσινη Χημεία θέτει ως βασικό στόχο την πρόληψη της ρύπανσης. Με τον τρόπο αυτό εξοικονομεί υλικά και ενέργεια για την χημική βιομηχανία και παράγει λιγότερα και ασφαλέστερα χημικά προϊόντα με χαμηλή επιβάρυνση του περιβάλλοντος.
Η Χημική Βιομηχανία στην Ευρωπαϊκή Ένωση και στις Η.Π.Α. έχει υιοθετήσει αρκετές μεθοδολογίες της Πράσινης Χημείας τα τελευταία χρόνια. Επίσης, έχει εντάξει στην έρευνα και ανάπτυξη (research & development) την προώθηση "πράσινων" προϊόντων, "πράσινους" διαλύτες, όπως το υπερκρίσιμο CO2, που αντικαθιστά τους πτητικούς οργανικού και "πράσινες" καταλυτικές διεργασίες που περιορίζουν τα απόβλητα και μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας. Η χημική βιομηχανία τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει εξαιρετικά προσεκτική στα θέματα περιβαλλοντικής ρύπανσης και έχει επενδύσει σε νέες τεχνολογίες που δεν εκπέμπουν ρύπους και προστατεύουν την υγεία των εργαζομένων και των καταναλωτών.
Η Πράσινη Χημεία, ως μέρος της επιστήμης για την προστασία του περιβάλλοντος και της υγείας του ανθρώπου, εμπεριέχει τον όρο της "επικινδυνότητας" (hazardous), χημικών ουσιών, προϊόντων και τεχνολογίας. Στην ουσία η Πράσινη Χημεία πηγαίνει στην "καρδιά" της αποτελεσματικής μείωσης του κινδύνου και στην πρόληψη της ρύπανσης.
Ο κίνδυνος (risk) είναι ακρογωνιαίος όρος για τα χημικά προϊόντα και χημικές διεργασίες και είναι αποτέλεσμα της επικινδυνότητας και του βαθμού έκθεσης (ή δόσης κατά την τοξικολογία)
Κίνδυνος =Επικινδυνότητα Χ 'Εκθεση (Risk = Hazard X Exposure)
Αυτοί είναι κλασικοί όροι τοξικολογίας. 'Οταν μια χημική ουσία παρουσιάζει τοξικότητα (ή άλλη επιβλαβή επίδραση, όπως καρκινογόνο δράση, εκρηκτική, διαβρωτική, καυστική, κ.λ.π.), τότε πρέπει να λάβουμε υπόψη μας και την ποσοτική έκθεση ή δόση και τον τρόπο πρόσληψης (εάν έχει παραληφθεί με την τροφή ή έχει γίνει εισπνοή της).
Το γινόμενο των δύο αυτών ποσοτικών παραγόντων μας επιτρέπει να μετρήσουμε ή να υπολογίσουμε τον κίνδυνο. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο όλες σχεδόν οι τεχνικές πρόληψης ή προφύλαξης από επικίνδυνες ουσίες εντοπίζουν το ενδιαφέρον τους αρχικά στο βαθμό της έκθεσης (δηλαδή στη δόση και στη χρονική διάρκεια της έκθεσης). Στην πρακτική υγιεινής και ασφάλεια των εργαζομένων στη βιομηχανία για παράδειγμα απαιτεί τεχνικές ελέγχου και προστασίας (γάντια, αναπνευστική μάσκα, εξαερισμός, κ.λπ.).
Η Πράσινη Χημεία προσεγγίζει με ριζοσπαστικό τρόπο τη μείωση του κινδύνου, το κόστος της πρόληψης και την πιθανή αποτυχία των τεχνικών και ελέγχων να αποτρέψουν την έκθεση. Η Πράσινη Χημεία ενδιαφέρεται και καλύπτει ένα μεγάλο φάσμα επικινδυνοτήτων. Κυρίως βέβαια χημικών ουσιών και χημικών διεργασιών, αλλά και ρύπανση περιβάλλοντος, είτε αφορά τοπικές μορφές ρύπανσης είτε παγκόσμιες (όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου). Αλλά και στον τομέα της ενέργειας και της οικονομίας, η Πράσινη Χημεία προσπαθεί να αντιμετωπίσει με ριζοσπαστικές αλλαγές τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και να κατευθύνει τη χημική βιομηχανία στην πορεία για την αειφορία και την καλύτερη διαχείριση των οικονομικών όρων παραγωγής, ανακύκλωσης και μείωση των αποβλήτων κ.λπ.
Ιστορικό Πλαίσιο για την Ανάπτυξη της Πράσινης Χημείας
Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας 1990, με την άνθιση του κινήματος των πολιτών για την προστασία του περιβάλλοντος, όπως και των επιστημόνων που εργάζονταν στην έρευνα και ανάπτυξη χημικών βιομηχανιών και ερευνητικών κέντρων, αναπτύχθηκε η ιδέα της Πράσινης Χημείας. Τότε ο Paul Anastas, ο οποίος εργάζονταν στην Αμερικανική Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος, (Environmental Protection Agency, Office of Pollution Prevention and Toxics), πρότεινε και καθιέρωσε τον όρο "Green Chemistry". 'Ηταν μια εποχή που μεγάλος αριθμός επιστημόνων και τεχνολόγων έκαναν σημαντικές αλλαγές σε καθιερωμένες πρακτικές για τον περιορισμό της ρύπανσης και την προστασία των εργαζομένων και καταναλωτών. Ο Paul Anastas (ο οποίος είναι ελληνικής καταγωγής) θεωρείται ως ο πατέρας της πράσινης χημείας και σημαντικός επιστήμονας, ο οποίος έχει εκδώσει δέκα βιβλία για την Πράσινη Χημεία στις ΗΠΑ.
Οι επιστήμονες που έκαναν αυτές τις ριζοσπαστικές προτάσεις για την Πράσινη Χημεία είχαν σπουδάσει ως χημικοί και είχαν εργασθεί ερευνητικά για πολλά χρόνια σε χημικά εργαστήρια ή σε χημικές βιομηχανίες. Παρατήρησαν λοιπόν πως ξοδεύονταν τεράστια ποσά για απαρχαιωμένες συνθετικές μεθόδους και πρακτικές που χρησιμοποιούσαν πολλά συνθετικά στάδια και χρονοβόρες μεθόδους καθαρισμού με τοξικούς διαλύτες. 'Ηδη ορισμένοι επιστήμονες σε άρθρα τους είχαν επισημάνει τις πρακτικές αυτές και με την αφύπνιση του περιβαλλοντικού κινήματος και της ιδέας της αειφορίας, άρχισαν να προετοιμάζουν το έδαφος για τις απαιτούμενες αλλαγές. 'Ετσι ξεκίνησαν διάφορες πρωτοβουλίες.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (Environmental Protection Agency, EPA) ξεκίνησε ένα πρόγραμμα πράσινης χημείας, εκπαίδευσης και πρακτικών σε διεθνές επίπεδο για να περάσει το μήνυμα στην επιστημονική κοινότητα. Το 1995 στις ΗΠΑ καθιερώθηκαν τα ετήσια βραβεία πράσινης χημείας που απονέμει ο Πρόεδρος των ΗΠΑ στους βραβευμένους (Presidential Green Chemistry Challenge Awards). Με τα βραβεία αυτά καθιερώθηκε η συμβολική αλλά και η καθοριστική επιβράβευση των επιστημόνων, που προβαίνουν στις πιο σημαντικές ανακαλύψεις και εφαρμογές στον τομέα της πράσινης χημείας στις ΗΠΑ.
Το Green Chemistry Institute έχει παίξει σημαντικό ρόλο για την ανάπτυξη και διάδοση των αρχών της Πράσινης Χημείας.
Αντίστοιχα στην Ιταλία, το 1993 ιδρύθηκε η Ενδοπανεπιστημιακή συνεργασία (κονσόρτσιουμ) για τη Χημεία και το Περιβάλλον [Interuniversity Consortium Chemistry for the Environment (INCA)] με σκοπό να προωθήσει θέματα συνεργασίας μεταξύ των χημικών των πανεπιστημίων για περιορισμό της ρύπανσης του περιβάλλοντος και λιγότερα απόβλητα στα χημικά εργαστήρια. Το 1993 στη Βενετία έγινε η πρώτη συνάντηση με τίτλο "Processi Chimici Innovativie Tutela dell� Ambiente".
Η Διεθνής Οργάνωση για τη Βασική και Εφαρμοσμένη Χημεία [International Union for the Pure and Applied Chemistry, IUPAC, Παρίσι] το 1996 αποφάσισε να ιδρυθεί ομάδα ειδικών για την Πράσινη Χημεία. Το 1997 στη Βενετία έγινε το Πρώτο Διεθνές Συνέδριο για την Πράσινη Χημεία (First International Green Chemistry Conference) υπό την αιγίδα της IUPAC.
Το 1997 ιδρύθηκε το Ινστιτούτο Πράσινης Χημείας (The Green Chemistry Institute) από την Αμερικανική Χημική Εταιρεία. 'Ενα Ινστιτούτο με μεγάλη επιρροή και δραστηριότητες για εφαρμογές της πράσινης χημείας. Το Ινστιτούτο έχει επιτελέσει σημαντικό έργο στην ενημέρωση των χημικών και στη διάδοση των ερευνητικών και τεχνολογικών πρωτοβουλιών και νέων μεθοδολογιών. Επίσης, έχει κάνει σημαντικές επεμβάσεις στις χημικές βιομηχανίες για να εφαρμόσουν πρακτικές πράσινης χημείας. Το Ινστιτούτο διοργανώνει διεθνή συνέδρια σε θέματα πράσινης χημείας, εκδίδει βιβλία και προωθεί εκπαιδευτικά προγράμματα.
Η Ευρωπαϊκή ΄Ενωση χρηματοδότησε και ξεκίνησαν μαθήματα στο Διεθνές Καλοκαιρινό Σχολείο Πράσινης Χημείας (International Green Chemistry Summer School) στη Βενετία από το 1998 με την πρωτοβουλία της οργάνωσης των Ιταλών επιστημόνων της INCA (www.unive.it/inca, Professor Pietro Tundo).
Το 2001 επιτεύχθηκε η χρηματοδότηση στη Μεγάλη Βρετανία από το EPSRC Engineering and Physical Sciences Research Council) και από τη Royal Society of Chemistry (RSC) για την ίδρυση ενός δικτύου επιστημόνων και ερευνητών για θέματα πράσινης χημεία (GCRN, Green Chemistry Research Network, με έδρα το Πανεπιστήμιο York της Αγγλίας Το Πανεπιστήμιο York έχει ένα σημαντικό ερευνητικό κέντρο Πράσινης Χημείας (καθ. James Clark) με πολύπλευρες δραστηριότητες (www.chemsoc.org/networks/gcn/discuss.htm). Στο πανεπιστήμιο York λειτουργεί και αναπτύσσεται ραγδαία το κέντρο The Green Chemistry Centre of Excellence με προπτυχιακές και μεταπτυχιακές σπουδές, πολυάριθμες δραστηριότητες (εκπαίδευση, έρευνα, συνέδρια και εκδόσεις). Επίσης από το 1999 εκδίδει το περιοδικό (μηνιαίο) Green Chemistry της Βασιλικής ΄Ενωσης Χημείας (Royal Society of Chemistry), το οποίο αποτελεί ένα από τα λίγα επιστημονικά περιοδικά στον τομέα της πράσινης χημείας.
Επίσης, διεθνείς ή Ευρωπαϊκοί οργανισμοί ανάπτυξαν προγράμματα έρευνας πάνω στις αρχές της πράσινης χημείας. Η European Directorate for R&D (DG Research) έβαλε στόχους πράσινης χημείας και αειφορίας στη χρηματοδότηση ερευνητικών και αναπτυξιακών προγραμμάτων με το 5ο Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προγραμμάτων (European Fifth Framework Programme). Το Διεθνές Κέντρο Επιστήμης και Υψηλής Τεχνολογίας των Ηνωμένων Εθνών UNIDO-ICS (International Centre for Science and High Technology of the United Nations Industrial Development Organization) ανάπτυξε προγράμματα πράσινης χημείας και χρηματοδότησε ιδέες για καθαρότερη τεχνολογία. Επίσης, η Οργάνωση για την Οικονομική Συνεργασία και Ανάπτυξη (ΟΟΣΑ) (OECD, Organization for Economical Cooperation and Development) προώθησε προγράμματα Πράσινης Χημείας μεταξύ των βιομηχανικών χωρών που αντιπροσωπεύει.
Paul Anastas
Professor James Clark (York)
Professor Pietro Tundo (Venice)
Prof. Michael Braungart (Germany)
Διάφορες προσωπικότητες της Πράσινης Χημείας: Ο Paul Anastas "πατέρας" της Πράσινης Χημείας, ο Καθ. James Clark (University of York, England), ο καθ. Pietro Tundo (Βενετία) και ο Καθ. Michael Braungart (Process Engineering, Suderburg University). Ο τελευταίος με τον αρχιτέκτονα William McDonough έγραψαν το βιβλίο "Cradle to Cradle. Remaking the Way We Make Things". North Point Press, New York, 2002, που έγινε bestseller σε όλο τον κόσμο για τις καινοτόμες ιδέες στην κατασκευή αντικειμένων.
Το 2002 ένα βιβλίο "Cradle to Cradle. Remaking the Way We Make Things" (North Point Press, New York, 2002) των William McDonough & Michael Braungart έγινε bestseller για τις καινοτόμες ιδέες στο σχεδιασμό καταναλωτικών προϊόντων Επιπλέον ο καθηγητής Braungart καθιέρωσε ετήσιο κατάλογο των καλύτερων προϊόντων πράσινης χημείας και σχεδιασμού καταναλωτικών προϊόντων
Την τελευταία δεκαετία έχουν δημιουργηθεί πολλά ινστιτούτα πράσινης χημείας σε διάφορες χώρες (Ιαπωνία, Ιταλία, Κίνα, Αυστραλία, Σουηδία, Γερμανία, Ισπανία, Ταϊβάν, κ.ά.). Για παράδειγμα Canadian Green Chemistry Network, Centre for Greene Chemistry (Australia), Green and Sustainable Chemistry Network (Japan).
Στην Ελλάδα υπάρχει το Ελληνικό Δίκτυο Πράσινης Χημείας (ΕΔΠΧ), στο οποίο συμμετέχουν διάφοροι ερευνητές κυρίως πανεπιστημίων, με συντονιστή τον Καθηγητή Κωνσταντίνο Πούλο, του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Πατρών (C.Poulos@chemistry.upatras.gr, http://www.chemistry.upatras.gr). Κάθε δύο χρόνια το ΕΔΠΧ διοργανώνει συνέδρια Π.Χ. στην Ελλάδα (2004 1ο Συνέδριο Π.Χ. Αθήνα, 2007 2ο Συνέδριο Π.Χ. Πάτρα, 2008 Θερινό Σχολείο: Πράσινη και Βιώσιμη Χημεία, Πάτρα, 2009 3ο Συνέδριο Πράσινης Χημεία, Θεσσαλονίκη, 2010 2nd International Symposium on Green Chemistry for Environment and Health, Mykonos, Greece)
Επίσης πολλά πανεπιστήμια και ιδιαίτερα Τμήματα Χημείας έχουν τα τελευταία χρόνια αναπτύξει προπτυχιακές και μεταπτυχιακές σπουδές με θέμα την Πράσινη Χημεία. Για παράδειγμα: Green Chemical Engineering Material Framework, University of Texas, Austin, USA, Green Chemistry for Process Engineering, University of Nottingham, England, Industrial and Applied Green Chemistry, University of York, England, Center for Green Chemistry and Green Engineering, Yale University, Greener Education Materials for Chemists, University of Oregon).
Επίσης, αρκετές χημικές βιομηχανίες λαμβάνουν ενεργό μέρος στην προώθηση των στόχων της πράσινης χημείας στη βιομηχανία. Για παράδειγμα Goodrich Corporation, Dow Chemical Company, E.I. DuPont de Nemours, Eastman Kodak Company, κ.λπ.
Επιστημονικές Περιοχές Εφαρμογών της Πράσινης Χημείας
Από τη δεκαετία του 1960 οι χημικές βιομηχανίες προχώρησαν σε προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας και προστασίας των εργαζομένων και του περιβάλλοντος, επειδή υπήρχαν σαφή οικονομικά οφέλη. Οι τεχνολογίες που εφαρμόσθηκαν δεν ήταν μόνο φιλικές στο περιβάλλον αλλά και πιο αποδοτικές. Ορισμένες χημικές διεργασίες και πρακτικές διατηρήθηκαν (για παράδειγμα στην οργανική σύνθεση) επί δεκαετίες, με μικρές αλλαγές πρώτων υλών και εναλλακτικές καταλυτικές τεχνικές. Οι χημικοί πιστεύουν ότι μπορούν να επιτευχθούν οι ίδιοι ή καλύτεροι στόχοι και λιγότερο τοξικά προϊόντα και απόβλητα με τις αρχές της πράσινης χημείας.
Το 1998 με τη συνεργασία της OECD, μέσω του προγράμματος "Risk Management Programme", προωθήθηκε μια νέα δραστηριότητα είχε ονομασθεί "Βιώσιμη Χημεία" (Sustainable Chemistry), με σκοπό να προωθήσει νέες εναλλακτικές πρακτικές στη χημική βιομηχανία φιλικότερες στο περιβάλλον. Συστάθηκε λοιπόν μια επιτροπή και με εκπροσώπους πολλών βιομηχανικών χωρών (Ιαπωνία, Γερμανία, Καναδάς, Σουηδία, κ.α.) που έθεσε τις βάσεις για τις περιοχές εφαρμογών της Πράσινης Χημείας.
Οι περιοχές εφαρμογής της πράσινης χημείας προσδιορίσθηκαν, και έχουν επιλεγεί με γνώμονα την οικονομία και την αειφόρο ανάπτυξη.
1. Χρησιμοποίηση εναλλακτικών πρώτων υλών (use of alternative feedstocks). Στον τομέα αυτόν υπάρχουν ήδη σημαντικές εξελίξεις και μεγάλος αριθμός νέων τεχνολογιών. Οι πρώτες ύλες στη χημική βιομηχανία πρέπει να είναι ανανεώσιμες σε αντίθεση με τις πρώτες ύλες της πετροχημικής βιομηχανίας, που έχουν περιορισμένο χρονικό πλαίσιο. Επίσης, να είναι λιγότερο τοξικές για την υγεία των εργαζομένων και καταναλωτών και συγχρόνως φιλικές προς το περιβάλλον.
2. Χρήση χημικών αντιδραστηρίων που έχουν μικρό βαθμό επικινδυνότητας (use less hazardous reagents). Από τις γνώσεις μας μέσω των τοξικολογικών και οικοτοξικολογικών ερευνών, είναι γνωστά τα δεδομένα και ο βαθμός τοξικότητας πολλών αντιδραστηρίων. Επομένως η χημική βιομηχανία και οι ερευνητές γνωρίζουν και μπορούν να αντικαταστήσουν ορισμένα αντιδραστήρια, ιδιαίτερα με νέες καταλυτικές τεχνικές, στη σύνθεση νέων προϊόντων.
3. Εφαρμογή νέων φυσικών διεργασιών (use of natural processes). Οι επιστήμονες τις τελευταίες δεκαετίες έχουν αναπτύξει νέες βιοσυνθετικές οδούς παρασκευής χημικών ουσιών και βιοκαταλυτικές μεθόδους που έχουν μεγάλη εκλεκτικότητα και δίνουν καλύτερες αποδόσεις στη σύνθεση πολλών χρήσιμων χημικών υλικών. Επομένως, η Πράσινη Χημεία και νέες μέθοδοι μπορούν να αντικαταστήσουν τις παλαιές πρακτικές.
4. Χρησιμοποίηση εναλλακτικών διαλυτών (use of alternative solvents). Για πολλές δεκαετίες χρησιμοποιούνται διαλύτες με τοξικές ιδιότητες και σε μερικές περιπτώσεις επικίνδυνοι στο περιβάλλον (όταν καταστούν απόβλητα μετά από χρήση). Η χημική βιομηχανία και οι ερευνητές μπορούν να επενδύσουν σε εναλλακτικούς διαλύτες και τεχνικές (π.χ. συνθέσεις χωρίς διαλύτες ή/και διαλύτη νερό). Στον τομέα αυτό έχουν επιτευχθεί πολλές νέες ανακαλύψεις. Η σημαντική μείωση των αποβλήτων στην οργανική σύνθεση είναι ακόμη μια πλευρά της ίδιας προσπάθειας.
5. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών ουσιών και χημικών προϊόντων (design of safer chemicals and products). Υπάρχουν ήδη πολλές εξελίξεις και μεθοδολογίες στην επιστήμη της τοξικολογίας για την εκτίμηση του κινδύνου, ακόμη και με βάση τη δομή των ενώσεων (Quantitative structure-activity relationships, QSARs), Επίσης, είναι γνωστοί οι τοξικολογικοί μηχανισμοί δράσης. Επομένως, οι χημικοί μπορούν να παρασκευάσουν λιγότερο τοξικά προϊόντα και να συνθέσουν χημικές ουσίες που να έχουν χαμηλότερη τοξικότητα.
Εικόνα χημικού εργαστηρίου σε χημική βιομηχανία. Η Πράσινη Χημεία επιδιώκει την ριζοσπαστική αλλαγή στις μεθοδολογίες και στην παραγωγή χημικών προϊόντων. Οι χημικές βιομηχανίες μπορούν να επιλέξουν καινοτόμες μεθοδολογίες με λιγότερη ενεργειακή κατανάλωση και με λιγότερα απόβλητα.
Εικόνα ερευνητικού χημικού εργαστηρίου. Τα εργαστήρια χρησιμοποιούνται πολλοί διαλύτες και τοξικά αντιδραστήρια. Η Πράσινη Χημεία θεωρεί ότι οι πρακτικές αυτές πρέπει να αλλάξουν με λιγότερο τοξικούς διαλύτες και πρακτικές με ελάχιστη παραγωγή αποβλήτων Η διαχείριση των χημικών αποβλήτων είναι πολυέξοδη.
6. Ανάπτυξη εναλλακτικών συνθηκών αντιδράσεων (developing alternative reaction conditions). Οι χημικοί έχουν ανακαλύψει πολυάριθμες συνθήκες για μεγάλο αριθμό αντιδράσεων. Φωτοχημικές αντιδράσεις, υπέρηχοι, μικροκυματικές συνθήκες, χαμηλές θερμοκρασίες έχουν αποδειχθεί ότι εφαρμοζόμενες δίνουν καλύτερες αποδόσεις και καθαρά προϊόντα που δεν απαιτούν διαλύτες για διαχωρισμό ή πολύπλοκες διαχωριστικές τεχνικές και ξήρανση. Επομένως θα μπορούσαν να εφαρμοσθούν στη χημική βιομηχανία.
7. Δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας (minimizing energy consumption). Η χημική βιομηχανία έχει επενδύσει σε νέες τεχνολογίες για τη μείωση της ενέργειας σε πολλές διεργασίες. Επειδή η κατανάλωση ενέργειας είναι ακρογωνιαίος παράγοντας οικονομίας και μείωσης της περιβαλλοντικής ρύπανσης, πρέπει να γίνουν επιπλέον προσπάθειες για να γενικευθεί η μείωση της ενέργειας σε όλες τις διαδικασίες παραγωγής, συσκευασίας, εμπορικής διάθεσης και ανακύκλωσης των προϊόντων.
Βλέπουμε με πολύ συνοπτικό τρόπο τους κρίσιμους τομείς όπου οι αρχές της πράσινης ή αειφόρου χημείας βρίσκουν εφαρμογές. Οι περιοχές αυτές έχουν ήδη διερευνηθεί και έχουν γίνει πολλές πρόοδοι για να εφαρμοσθούν.
Χρησιμοποίηση Εναλλακτικών Πρώτων Υλών και Διεργασιών Σύνθεσης στην 'Ερευνα και τη Χημική Βιομηχανία
Οι πρώτες ύλες είναι σημαντικό τμήμα της οργανικής σύνθεσης και της βιομηχανικής παρασκευής χημικών προϊόντων. Ανάλογα με τις πρώτες ύλες παράγονται και αντίστοιχα προϊόντα.
Μέχρι τώρα γνωρίζουμε ότι η πετροχημική βιομηχανία είναι ο πυρήνας πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία, αλλά και των 20-25.000 χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στην έρευνα (πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα, ινστιτούτα και εργαστήρια αναλύσεων). Η αλλαγή αυτή όμως πρέπει να λάβει υπόψη της οικονομικές παραμέτρους, ενεργειακή κατανάλωση, στάδια σύνθεσης, απόβλητα, καθαρισμούς, ποιότητα και τοξικότητα προϊόντων και με απώτερο σκοπό τη ρύπανση ευαίσθητων οικοσυστημάτων. Η Πράσινη Χημεία προτείνει:
Ανανεώσιμες πρώτες ύλες (Renewable feedstocks)
Οι πρώτες ύλες πρέπει να είναι ανανεώσιμες. Η δεύτερη ιδιότητα που ενδιαφέρει την Πράσινη Χημεία είναι η χαμηλότερη τοξικότητα ώστε να ανταποκρίνεται στην προστασία των εργαζομένων και του περιβάλλοντος. Η χημική βιομηχανία πρέπει να αναζητήσει προοδευτικά νέες πρώτες ύλες. Η Πράσινη Χημεία προτείνει στροφή προς βιολογικές πρώτες ύλες σε αντίθεση με τις πρώτες ύλες της πετροχημικής βιομηχανίας. Είναι γνωστό σε όλους ότι αυτό δεν είναι εύκολο ούτε πολλές φορές εφικτό. Στον τομέα αυτό όμως έχουν επιτευχθεί σημαντικές πρόοδοι και ορισμένες βιομηχανίες χρησιμοποιούν εναλλακτικές και ανανεώσιμες πηγές πρώτων υλών.
Ελαιοχημεία (Oleochemistry)
Τα φυτικά έλαια και ζωικά λίπη (κτηνοτροφία) μπορούν να καταστούν πηγή πρώτων υλών. 'Ηδη υπάρχουν αρκετές ερευνητικές και εφαρμοσμένες μελέτες για τη χρήση φυτικών ελαίων και λιπών από φυτικά και ζωικά προϊόντα για την παρασκευή καλλυντικών, πολυμερών, λιπαντικών και άλλων προϊόντων.
Φωτοχημεία (Photochemistry)
Μια άλλη διάσταση που προσθέτει η Πράσινη Χημεία στη σύνθεση χημικών ουσιών είναι το φως στην ευρύτερη έννοιά του. Το φως (ορατό και υπεριώδες) μπορεί να παίξει ρόλο ενεργειακού καταλύτη σε αντίθεση με τοξικούς μεταλλικούς καταλύτες που χρησιμοποιούνται τώρα. Το φως, και ιδιαίτερα η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και μέσω της Φωτοχημείας μπορεί να αποβεί χρήσιμο. Σήμερα έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες δυνατότητες, μετά από ερευνητικές εργασίες, για τη χρήση του άφθονου ηλιακού φωτός στις οργανικές συνθέσεις χημικών ουσιών.
Η Βιομάζα μπορεί να αποτελέσει πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαερίου ή υγρών καυσίμων, όπως επίσης και πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία.
Φωτοκαταλυτική σύνθεση με οξείδιο του τιτανίου
Τα τελευταία χρόνια έχουν σημειωθεί σημαντικές πρόοδοι στη χρήση φωτοχημικών αντιδράσεων παρουσία οξειδίου του τιτανίου (TiO2) σε συνθήκες ορατού φωτός για βιομηχανικές συνθέσεις. Η κατανάλωση ενέργειας είναι περιορισμένη και περιορίζονται οι διαλύτες και τα απόβλητα.
Φωτοκαταλυτικές οξειδωτικές μέθοδοι διάσπασης. Εξουδετέρωση αποβλήτων
Η φωτοκατάλυση (με τιτάνιο και άλλα οξείδια μετάλλων) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την γρήγορη διάσπαση ή εξουδετέρωσης τοξικών και επικίνδυνων ουσιών και αποβλήτων. Οι μέθοδοι αυτοί χρησιμοποιούν διάφορα οξειδωτικά μέσα [υπεροξείδιο του υδρογόνου, όζον, TiO2, αντιδραστήρια Fenton (Fe2++ H2O2), κ.λπ. ]. Στις μεθόδους αυτές δεν χρησιμοποιούν άλλες χημικές ουσίες, δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον και τα προϊόντα διάσπασης είναι μη τοξικές μικρού μοριακού βάρους χημικές ουσίες. Οι μέθοδοι καλούνται Προχωρημένες Οξειδωτικές Διεργασίες (Advanced Oxidation Processes, AOP) και με τη βοήθεια του φωτός (κυρίως υπεριώδες) έχουν επεκταθεί στην τεχνολογία απορρύπανσης και εξουδετέρωσης τοξικών και υγρών βιομηχανικών αποβλήτων.
Βιομάζα ως πρώτη ύλη και Βιοκαύσιμα (Waste Biomass as chemical feedstock, biomaterials and biofuels)
Τις τελευταίες δεκαετίες πολλές αγροτικές και κτηνοτροφικές παραγωγικές διεργασίες καταλήγουν να παράγουν τεράστιες ποσότητες φυτικών και ζωικών αποβλήτων βιολογικής προέλευσης. Η βιομάζα με κατάλληλη κατεργασία μπορεί να συνεισφέρει στην παραγωγή πρώτων χημικών υλών (biomaterials) στη χημική βιομηχανία.
Βιοαποικοδόμηση της βιομάζας
Κατ' αρχάς η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας (βιοαέριο). Επίσης με φυσικές και χημικές διεργασίες μπορεί η βιομάζα να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή βιοκαυσίμων (βιοντήζελ). To 2005 η εκμετάλλευση της βιομάζας συνεισέφερε περίπου, το 19% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας. Ενώ τα βιολογικά καύσιμα αντιστοιχούν, περίπου, στο ~4% της βενζίνης που καταναλώνεται στα οχήματα.
Βιοκατάλυση και Βιομετασχηματισμοί (Biocatalysis, Biotransformations)
Η βιοκατάλυση θεωρείται κατεξοχήν πράσινη τεχνική. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται εδώ και πολλά χρόνια σε πολλές βιομηχανικές παραγωγικές διεργασίες για παραγωγή χημικών ουσιών και πρώτες ύλες για την φαρμακευτική και τη χημική βιομηχανία. Η βιοκατάλυση βρίσκεται στο μεταίχμιο των διεργασιών ζύμωσης (για την παρασκευή αλκοολούχων ποτών και άλλων προϊόντων) και της πετροχημικής βιομηχανίας. Οι βιομετατροπές που μπορούν να επιτευχθούν μέσω της βιοκατάλυσης είναι πράσινες πρακτικές που θα μπορούσαν να διευρύνουν τις μεθόδους βιομετατροπής οργανικών ενώσεων σε χρήσιμα προϊόντα.
Η βιοκατάλυση έχει εφαρμοσθεί σε πολλές βιομηχανικές πρακτικές.
Δέσμευση του Διοξειδίου του 'Ανθρακα μέσω Βιομηχανικών Διεργασιών
Η δέσμευση ή σύμπλεξη με διάφορα συμπλεκτικά μέσα (sequestering) του CO2 μέσω χημικών διεργασιών που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση και παραγωγή προϊόντων έχει αποτελέσει αντικείμενο έρευνας. Επειδή το CO2 είναι σημαντικό αέριο του θερμοκηπίου, οι χημικοί ερευνούν τρόπους να εφαρμόσουν πρακτικές Πράσινης Χημείας. Σημαντικός αριθμός ερευνών επεξεργάζονται πρώτες ύλες, χημικές διεργασίες και σχεδιασμό προϊόντων ώστε να περιλαμβάνεται και η δέσμευση ή χρήση του CO2 που παράγεται..
Χρησιμοποίηση Μειωμένης Τοξικότητας και Επικινδυνότητας Χημικών Αντιδραστηρίων και Διαλυτών στις Συνθετικές Διεργασίες
'Οπως γίνεται και με την επιλογή των πρώτων υλών για την Πράσινη Χημεία, η επιλογή των αντιδραστηρίων στις συνθετικές διεργασίες μπορούν να γίνουν με κριτήρια επικινδυνότητας. Κατ' αρχάς πρέπει να αναλυθεί η καταλληλότητα και τα στάδια σύνθεσης αλλά και οι εναλλακτικές προοπτικές για τον περιορισμό της ρύπανσης και την έκθεση των εργαζομένων.
Σύμφωνα με τις αρχές της Πράσινης Χημείας η επιλογή των αντιδραστηρίων και διαλυτών πρέπει να γίνει με κριτήρια τοξικότητας και να εξετασθεί η πορεία της χρήσης τους (σύνθεση, διαχωρισμός, καθαρισμός, ανακύκλωση, απόρριψη, επαναχρησιμοποίηση, κ.λπ.).
Μια από τις διεργασίες που πρέπει να ενδιαφέρει τον χημικό είναι η μείωση των τοξικών αποβλήτων. Αλλά και σε περιπτώσεις δημιουργίας αναπόφευκτων αποβλήτων πρέπει να επιδιώκεται η μείωση της τοξικότητας και η φιλική στο περιβάλλον κατεργασία τους.
Οι χημικοί σύμφωνα με τις τάσεις της πράσινης χημείας πρέπει να μελετήσουν την εκλεκτικότητα των αντιδράσεων, ώστε να επιτυγχάνουν μεγαλύτερες αποδόσεις, λιγότερα απόβλητα και μικρής τοξικότητας προϊόντα. Οι νέες καταλυτικές μέθοδοι πιστεύεται ότι θα μπορούσαν να επιτύχουν αυτούς τους στόχους.
Οξειδωτικές πορείες και Πράσινη Χημεία
Υπάρχουν πολυάριθμες έρευνες για χημικές οξειδώσεις με αρχές πράσινης χημείας που απαιτούν μη τοξικούς διαλύτες (όπως νερό, διοξείδιο του άνθρακα) και σε ήπιες συνθήκες. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) είναι αρκετά καλή οξειδωτική ένωση, με παραγωγή μόνο νερού και υψηλή εκλεκτικότητα. Ωστόσο, η χρήση του είναι περιορισμένη και γίνονται προσπάθειες για νέες ομοιογενείς και ετερογενείς διεργασίες σε συνδυασμό με άλλους καταλύτες. Οι οξειδωτικές συνθέσεις είναι εξαιρετικά σημαντικές στην φαρμακευτική, πετροχημική και αγροτική χημική βιομηχανία. Διάφορες οξειδωτικές ενώσεις, όπως μοριακό οξυγόνο, οξείδια του αζώτου και άλλες ενώσεις συμβαδίζουν με τις αρχές πράσινης χημείας. Οξειδώσεις σε αέρια φάση του βενζολίου, της κυκλοπεντανόνης και του προπυλενίου είναι μερικές από τις εφαρμογές. Η χημική βιομηχανία έχει κάνει σημαντικές προόδους στον τομέα αυτό.
Επίσης, τα τελευταία χρόνια προωθούνται διάφορες καταλυτικές μέθοδοι με τη χρήση νέων υλικών, ιδιαίτερα μεταλλικά σύμπλοκα και συμπλέγματα μεταλλικών συστημάτων. Τα πιο σημαντικά που έχουν μελετηθεί τα τελευταία χρόνια είναι: τα μεταλλο-υπεροξο συστήματα (metal-peroxo systems), τα πολυ-οξομεταλλικά συμπλέγματα (polyoxometal-lates), [Polyoxometallates (POM), οξείδια μετάλλων υπό μορφή συμπλεγμάτων (metal oxide clusters) κυρίως βολφραμίου], και τα ετερο-ανιόντα (heteroanions). Επίσης, διεξάγονται πολυάριθμες έρευνες με καταλυτικά υλικά που στηρίζονται σε ζεολιθικά υλικά (zeolitic materials). Οι επιφάνειες των ζεολιθικών υλικών μπορούν να αποβούν εκλεκτικές σε διάφορες οργανικές συνθέσεις
Καταλυτική εκλεκτικότητα στις χημικές συνθέσεις
Οι χημικοί, σύμφωνα με τις τάσεις της Πράσινης Χημείας πρέπει να μελετήσουν την εκλεκτικότητα των αντιδράσεων, ώστε να επιτυγχάνουν μεγαλύτερες αποδόσεις, λιγότερα απόβλητα και μικρής τοξικότητας προϊόντα. Οι νέες καταλυτικές μέθοδοι μπορούν να επιτύχουν αυτούς τους στόχους και η Πράσινη Χημεία πρέπει να προωθήσει την έρευνα στον τομέα αυτό.Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν σημειωθεί πρόοδοι στη συνθετική οργανική χημεία με την ανακάλυψη νέων καταλυτών με μειωμένα στάδια σε συνθετικές πορείες. Αρκετές βιομηχανικές εφαρμογές στηρίζονται σε ανόργανα πολυοξέα (inorganic polyacids) και ετερο-πολυοξέα (heteropolyacids) ως πράσινοι καταλύτες σε οξειδώσεις, την ενυδάτωση μιγμάτων βουτενίου και πολυμερισμό τετραϋδροφουρανίου. Η ετερογενής κατάλυση έχει δείξει ενδιαφέροντα αποτελέσματα γιατί παράγει καθαρότερα υλικά, μικρότερες ποσότητες αποβλήτων και εύκολο διαχωρισμό των προϊόντων. Διάφορα πορώδη υλικά (με πόρους μικρής διαμέτρου) έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται με τη δυνατότητα να ρυθμίζουν τη διάχυση των αντιδρώντων (mesoporous solid acids). Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνουν εκλεκτική κατάλυση, ταχύτερες συνθετικές πορείες και καθαρότερα προϊόντα.
Οι χημικές βιομηχανίες πολυμερών και πλαστικών προϊόντων έχουν σημειώσει ριζικές αλλαγές στις μεθοδολογίες τους. Πρόσφατα έχουν επιτευχθεί σημαντικές αλλαγές στις χημικές μεθόδους πολυμερισμού και παραγωγής πολυμερικών υλικών με τις αρχές της πράσινης χημείας. Χρήση νέων πρώτων υλών, μείωση αποβλήτων και βιοκαταλυτικές μέθοδοι χωρίς διαλύτες έχουν εφαρμοσθεί με σημαντικές επιτυχίες για την παραγωγή γνωστών πολυμερών..
Εφαρμογή νέων Φυσικών Διεργασιών και Συνθηκών στη Σύνθεση Χημικών Ουσιών
Οι χημικοί στην έρευνα και στη χημική βιομηχανία χρησιμοποιούν εδώ και δεκαετίες νέες συνθήκες και φυσικοχημικές διεργασίες με κανόνες πράσινης χημείας για τη σύνθεση χημικών ουσιών. Τα ιονικά υγρά ως εναλλακτικοί διαλύτες, σύνθεση με διαλύτη νερό, πολυφθοριωμένες φάσεις για σύνθεση, υπερκρίσιμο CO2, υπέρηχοι και μικροκύματα είναι μερικές από τις εφαρμογές.
Ιοντικά υγρά (ionic liquids) και οργανική σύνθεση
Τα ιοντικά υγρά είναι μίγματα ανιόντων και κατιόντων, τηγμένα άλατα, με σημείο τήξης περίπου 100oC, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικοί διαλύτες στην οργανική σύνθεση. Αν και τα ιοντικά υγρά δεν συμβαδίζουν με την ορολογία της πράσινης χημείας, πιστεύεται ότι σε μια δεκαετία θα μπορέσουν να καταστούν αρκετά "πράσινα" για να αποτελέσουν εναλλακτικούς διαλύτες.
Οργανική σύνθεση σε υδατικό περιβάλλον
Σήμερα το νερό μπορεί να χρησιμοποιείται ως διαλύτης σε πολλές οργανικές συνθέσεις. Οι οργανικές συνθέσεις Diels-Alder είναι ένα παράδειγμα. Το νερό αποτελεί ιδανικό διαλύτη, επιταχύνει την πορεία της αντίδρασης και προωθεί την εκλεκτικότητα, ακόμη και για αντιδραστήρια τα οποία είναι ελάχιστα διαλυτά ή/και αδιάλυτα στο νερό.
Τεχνικές οργανικής σύνθεσης σε πολυφθοριωμένες φάσεις
Στις τεχνικές αυτές χρησιμοποιούνται πολυφθοριωμένα διφασικά συστήματα διαλυτών, που διαλύουν έναν καταλύτη με μεγάλου μήκους υπερφθοριωμένη αλκυλο-αλυσίδα σε ένα αλειφατικό υπερφθοριωμένο διαλύτη. Τα αντιδραστήρια προστίθενται στον οργανικό διαλύτη που είναι αδιάλυτος στην υπερφθοριωμένη φάση. Κατά τη θέρμανση του μείγματος οι δύο φάσεις αναμιγνύονται και αυτό βοηθάει εξαιρετικά στην επιτάχυνση της αντίδρασης των αντιδρώντων και με πολύ καλή απόδοση.
Υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα και υπερκρίσιμο νερό
Υπερκρίσιμο υγρό είναι η κατάσταση κατά την οποία ένα υγρό βρίσκεται σε θερμοκρασία και πίεση μεγαλύτερη των αντίστοιχων κρίσιμων τιμών και συνήθως σε κατάσταση υπερρευστότητας. Υπάρχει και κατάσταση με υπερκρίσιμα υγρά κατά την εκχύλιση (SFE, supercritical fluid extraction). Οι αντιδράσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα και νερό έχουν πολλές ιδιότητες που ταιριάζουν με τις αρχές της Πράσινης Χημείας, με υψηλές αποδόσεις και με την χρήση μη τοξικών διαλυτών.
Χρήση Μικροκυμάτων (microwave) στην οργανική σύνθεση
Η χρήση φούρνων μικροκυμάτων (microwave furnace) στην οργανική σύνθεση είναι μία πρακτική που έχει ξεκινήσει εδώ και πολλά χρόνια με εντυπωσιακά αποτελέσματα στη σύνθεση πολλών οργανικών ενώσεων. Οι αντιδράσεις είναι σύντομες, οι αποδόσεις ικανοποιητικές και μπορούν να διεξαχθούν χωρίς την χρήση διαλυτών.
Χημεία Υπερήχων (Sonochemistry) στην οργανική σύνθεση
Η χρήση υπερήχων είναι μια άλλη προσέγγιση για τη χρήση ήπιων μορφών ενέργειας στην οργανική σύνθεση. Αν και οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνταν επί δεκαετίες στη βιομηχανία και στα ακαδημαϊκά εργαστήρια, η χρήση τους στην οργανική σύνθεση είναι πρόσφατη. Πλεονέκτημα είναι το ότι οι οργανικές συνθέσεις επιτυγχάνονται σε υψηλές αποδόσεις με μικρή χρήση διαλυτών και με περιορισμένα παραπροϊόντα.
Εκτός από τις παραπάνω "πράσινες" πρακτικές που εφαρμόσθηκαν με επιτυχία στην οργανική σύνθεση, ώστε να αποφευχθεί η χρήση τοξικών οργανικών διαλυτών, υπάρχουν και άλλες μεθοδολογικές προσεγγίσεις, όπως τα Θερμορυθμιζόμενα συστήματα, τα Διαλυτά πολυμερή (χρησιμοποιούνται ως καταλύτες) και οι βιοκαταλύτες (κυρίως ένζυμα) για την υποβοήθηση οργανικών συνθέσεων σε ήπιες συνθήκες.
Εναλλακτικοί Διαλύτες: Αντικατάσταση Τοξικών Διαλυτών
Η αντικατάσταση ορισμένων κοινών διαλυτών που χρησιμοποιούνταν επί δεκαετίες στην οργανική σύνθεση και έχουν τοξικές ιδιότητες, είναι μία πρακτική που εφαρμόσθηκε σε πολλά εργαστήρια. οργανικής σύνθεσης. Παραδείγματα υπάρχουν: τολουόλιο αντί βενζολίου, κυκλοεξάνιο αντί τετραχλωράνθρακα, διχλωρομεθάνιο αντί χλωροφόρμιου, κ.λπ. Στην επιστημονική βιβλιογραφία υπάρχουν αρκετές έρευνες στις οποίες έγινε αντικατάσταση διαλυτών χωρίς να μειωθεί η απόδοση και με λιγότερα τοξικά απόβλητα.
Δραστική Μείωση της Κατανάλωσης Ενέργειας
Με την ενεργειακή κρίση των τελευταίων δεκαετιών και με την ένταση του φαινόμενου του θερμοκηπίου, οι πρακτικές της πράσινης χημείας αναγκαστικά τείνουν να προσαρμοσθούν στη δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Είναι γνωστό ότι η πετροχημική βιομηχανία χρησιμοποιεί σημαντικές ποσότητες ενέργειας για την παραγωγή χημικών προϊόντων (φάρμακα, πλαστικά, λιπαντικά, απορρυπαντικά, ελαστομερή, λιπάσματα, φυτοφάρμακα, αναλυτικά αντιδραστήρια, κ.λπ.). Το καθεστώς αυτό μπορεί να μεταβληθεί με "πράσινες" πρακτικές.
Οι σημαντικότερες συνθετικές και παρασκευαστικές τεχνικές στη χημική βιομηχανία πρέπει να εξετασθούν από την αρχή για να διαπιστωθούν οι εναλλακτικές μεθοδολογίες μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας. Προς την κατεύθυνση αυτή έχουν διεξαχθεί πολλές έρευνες.
Σχεδιασμός για Λιγότερο Επικίνδυνα Χημικά Προϊόντα
Μέχρι τώρα η επιστήμη της Χημείας έχει δεχθεί τα πυρά των περιβαλλοντικών οργανώσεων για τα τοξικά και επικίνδυνα προϊόντα της σε σχέση με τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Η λογική του κόστους και της μαζικής παραγωγής πρέπει να αλλάξει ριζικά. Η χημική βιομηχανία πρέπει να υπολογίζει το κόστος όχι μόνο με καταναλωτικά πρότυπα αλλά και με τις επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου και τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Η βιομηχανία πρέπει να εστιάσει την προσοχή της στην παραγωγή λιγότερο επικίνδυνων χημικών προϊόντων. Προϊόντα με βιοδιασπασιμότητα ώστε να μη βιοσυσσωρεύονται στην τροφική αλυσίδα, με μικρή λιποδιαλυτότητα για να μην προκαλούν βιοσυσσώρευση και ασθένειες και απλές τεχνικές για την εξουδετέρωσή τους στα αστικά και βιομηχανικά απόβλητα. Αυτές όμως οι ιδιότητες πρέπει να ενσωματωθούν με το σχεδιασμό, δηλαδή προληπτικά, και όχι μετά τη χρήση τους και την εμφάνιση των περιβαλλοντικών προβλημάτων.Επίλογος
Η Πράσινη Χημεία δεν είναι απλώς μία νέα θεωρητική εξέλιξη στις χημικές πρακτικές, αλλά ένα σύνθετο σύστημα αρχών και εναλλακτικών κανόνων που θα συμβάλλουν στην αειφορία. Η Πράσινη Χημεία μπορεί να ανατρέψει την αντίληψη του απλού ανθρώπου για τη Χημεία, ώστε το όνομα της χημικής επιστήμης να μην κηλιδώνεται από την εκμετάλλευση των πλουτοπαραγωγικών πηγών και την παραγωγή προϊόντων που ρυπαίνουν το περιβάλλον και έχουν επικίνδυνες επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Η εφαρμογή καινοτόμων μεθοδολογιών και νέων πρακτικών εφαρμογών μπορεί να γίνει σε όλο το φάσμα των χημικών διεργασιών. Νέες πρώτες ύλες που είναι ανανεώσιμες, ηπιότερες χημικές συνθέσεις, σχεδιασμός λιγότερο επικίνδυνων χημικών ουσιών, αντικατάσταση τοξικών διαλυτών και μείωση της κατανάλωσης ενέργειας είναι ορισμένες από τις προτάσεις της Πράσινης Χημείας.
Πηγή: http://chem.uoa.gr
