Zaļā ķīmija (ilgtspējīga ķīmija): principi, mērķi un pielietojums
Zaļā ķīmija — ilgtspējīgas ķīmijas principi, mērķi un pielietojums: drošāki procesi, mazāks piesārņojums un efektīvāka resursu izmantošana industrijā un ikdienā.
Zaļā ķīmija (jeb ilgtspējīga ķīmija) ir ķīmijas pētniecības un inženierzinātnes virziens, kas veicina tādu produktu un procesu izstrādi, kuros izmanto pēc iespējas mazāk bīstamas vielas, samazina atkritumu daudzumu un palielina resursu efektivitāti. Tā nav tikai “dažādu gudru receptūru” kopums — tā ir sistēmiska pieeja, kas iekļauj gan sintēzes shēmas, gan reaģentu, šķīdinātāju, enerģijas un rūpniecisko procesu izvēli.
Vides ķīmija ir dabiskās vides un dabā esošo piesārņojošo ķīmisko vielu ķīmija. Bet zaļā ķīmija vēlas samazināt un novērst piesārņojumu tā rašanās vietā. ASV 1990. gadā tika pieņemts Piesārņojuma novēršanas likums. Ar šo likumu tika meklēti oriģināli un jauni veidi, kā novērst piesārņojumu. Tā mērķis ir novērst problēmas, pirms tās radušās.
Zaļajā ķīmijā tiek izmantota organiskā ķīmija, neorganiskā ķīmija, bioķīmija, analītiskā ķīmija un pat fizikālā ķīmija. Lai gan šķiet, ka zaļās ķīmijas uzmanības centrā ir tikai rūpnieciskie lietojumi, tā attiecas uz jebkuru ķīmijas izvēli. Zaļās ķīmijas speciālisti samazina bīstamību un palielina jebkuras ķīmiskās izvēles efektivitāti. Tā atšķiras no vides ķīmijas, kas koncentrējas uz ķīmiskām parādībām vidē.
Zaļās ķīmijas principi
- Atkritumu novēršana — labāka par atkritumu apstrādi; jāizstrādā procesi, kas neveido vai minimizē atkritumus.
- Atoma ekonomija — veidot sintēzes, kurās pēc iespējas vairāk sākotnējo atomu nonāk galaproduktā.
- Drošākas sintēzes — izvēlēties reakcijas ceļus, kas izmanto un rada mazāk bīstamas vielas.
- Drošāki gala produkti — projektēt vielas tā, lai tām būtu mazāks toksicitātes un vides ietekmes risks.
- Drošāki šķīdinātāji un palīgvielas — samazināt vai aizstāt bīstamos šķīdinātājus ar drošākiem vai bezšķīdinātāju risinājumiem.
- Energoefektivitāte — projektēt procesus, kas prasa mazāku enerģijas patēriņu (piem., reakcijas pie istabas temperatūras, foto- vai elektroķīmija).
- Atjaunojami izejmateriāli — izmantot biomasu un citus atjaunojamus resursus, nevis neatsvaidzamas fosilās izejvielas.
- Sarukšana ķīmisko pārvērtību skaitā (mazāk atvasinājumu) — izvairīties no papildu pārveidojumiem, kas palielina materiālu un atkritumu apjomu.
- Katalīze — dot priekšroku katalizatoriem (homogēniem vai heterogēniem), kas ļauj veikt reakcijas ar mazāku enerģiju un atkritumiem.
- Dizains degradējamībai — projektēt vielas, kuras vidē viegli sairst nevien no tām neveidojot ilgstošu toksicitāti.
- Reāllaika analīze — ieviest analītikas metodes procesa uzraudzībai, lai savlaicīgi novērstu piesārņojuma rašanos.
- Drošuma ievērošana — izvēlēties izejvielas un procesus, kas samazina negadījumu un eksploziju risku.
Mērķi
- Samazināt ķīmisko procesu un produktu negatīvo ietekmi uz cilvēka veselību un vidi.
- Veicināt resursu efektīvu izmantošanu, enerģijas taupīšanu un atjaunojamo izejvielu izmantošanu.
- Samazināt ražošanas izmaksas, izmantojot efektīvākas sintēzes un mazāku reakcijas apjomu.
- Veicināt inovācijas, jaunu, drošāku tehnoloģiju attīstību un konkurētspējīgu ilgtspējīgu ražošanu.
- Atbilst normatīviem, patērētāju prasībām un globālajiem ilgtspējas mērķiem.
Pielietojums praksē
- Farmācijas rūpniecība — efektīvākas sintēzes, katalītiskas reakcijas un mazāk atkritumu vājās ķīmijas ražošanā; enzimātiskas transformācijas kā zaļāka alternatīva.
- Polimēri un materiāli — biobāzēti polimēri, vieglāk pārstrādājami vai biodegradējami materiāli un polimēru pārstrādes tehnoloģijas.
- Šķīdinātāju aizstāšana — izmantošana no ūdens bāzētu sistēmu, superkritiskā CO2 vai bezšķīdinātāju procesi.
- Katalīze un selektivitāte — attīstīt selektīvus katalizatorus, kas samazina blakusproduktu rašanos un uzlabo atomu ekonomiju.
- Rūpnieciskie procesi — plūsmas ķīmija (flow chemistry), procesa intensifikācija un atkritumu minimizēšana lielos mērogos.
- Lauksaimniecības ķīmija — mazāk toksiski pesticīdi, paredzēta degradējamība un precīza lietošana, lai samazinātu vidi piesārņojošo ietekmi.
- Laboratoriju prakse un izglītība — mikromērogošanas metodes, drošāku reaģentu izvēle un studentu izglītošana par zaļajiem principiem.
- Vides un politikas instrumenti — uz zaļo ķīmiju balstītas normas, iepirkumu prakses un stimulu shēmas, kas veicina ilgtspējīgas tehnoloģijas ieviešanu.
Lai novērtētu progresu, izmanto metriku kā E-faktors, atomu ekonomija un dzīves cikla analīze (LCA). Šie rīki palīdz salīdzināt dažādas tehnoloģijas un izvēlēties risinājumus ar mazāku vides nospiedumu.
Zaļā ķīmija nav tikai “zaļa ideja” — tā piedāvā konkrētas metodes, kas padara ķīmisko ražošanu drošāku, lētāku un videi draudzīgāku. Ieviešot zaļos principus, uzņēmumi un pētnieki var samazināt riskus, uzlabot efektivitāti un veicināt ilgtspējīgu attīstību.
12 zaļās ķīmijas principi
1. Novērst atkritumu rašanos
Izstrādājiet produktus bez atkritumiem vai ar minimālu atkritumu daudzumu, lai pēc tam nebūtu jārūpējas par atkritumiem.
2. Izstrādāt drošākas ķīmiskās vielas un produktus
Izstrādājiet ķīmiskās vielas ar zemu toksicitāti vai bez toksicitātes, neietekmējot efektivitāti.
3. Izstrādāt mazāk bīstamas ķīmiskās sintēzes
Izstrādāt produktu sintēzes veidu, kas nav toksisks cilvēkiem vai videi.
4. Izmantot atjaunojamās izejvielas
Izmantot atjaunojamās izejvielas, piemēram, augu izcelsmes materiālus, nevis izejvielas, kuru krājumi, piemēram, fosilais kurināmais, ir izsīkstoši.
5. Izmantojiet katalizatorus, nevis stehiometriskus reaģentus.
Katalizatoru izmantošana, jo tos var izmantot atkārtoti un tie ir mazāk kaitīgi nekā reaģenti.
6. Izvairieties no ķīmiskiem atvasinājumiem
Ķīmiskie atvasinājumi rada atkritumus, no kuriem var izvairīties.
7. Maksimizēt atomu ekonomiju
Pārliecinieties, ka ķīmiskās reakcijas reaģentos esošo atomu procentuāli lielāka daļa tiek izmantota produktos, kas arī ir izmantojami.
8. Drošāku šķīdinātāju un reakcijas apstākļu izmantošana
Izvairieties no asu šķīdinātāju lietošanas, bet, ja no tā nav iespējams izvairīties, izmantojiet nekaitīgas ķīmiskās vielas.
9. Palielināt energoefektivitāti
Ja iespējams, izmantojiet normālu apkārtējās vides temperatūru un spiedienu.
10. Projektēšana noārdīšanai
Izstrādāt materiālus, kas sadalās nekaitīgās vielās, izmantojot baktērijas vai citus videi nekaitīgus veidus.
11. Analizē reāllaikā, lai novērstu piesārņojumu
Uzraudzīt un kontrolēt blakusproduktu veidošanos reakcijas laikā.
12. Minimizēt negadījumu iespējamību
Izstrādājiet ķīmiskās vielas tā, lai līdz minimumam samazinātu negadījumu iespējamību.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir zaļā ķīmija?
A: Zaļā ķīmija ir ķīmijas pētniecības un inženierzinātņu veids, kura mērķis ir izstrādāt produktus un procesus, kuros izmanto pēc iespējas mazāk bīstamu vielu.
J: Kāda ir atšķirība starp vides ķīmiju un zaļo ķīmiju?
A: Vides ķīmijā galvenā uzmanība tiek pievērsta ķīmiskajām parādībām vidē un piesārņojošo ķīmisko vielu dabiskajai sastopamībai, savukārt zaļās ķīmijas mērķis ir samazināt un novērst piesārņojumu tā rašanās vietā, izstrādājot un izmantojot produktus un procesus, kas ir mazāk bīstami.
J: Kad ASV tika pieņemts Piesārņojuma novēršanas likums?
A: Piesārņojuma novēršanas likums tika pieņemts ASV 1990. gadā.
J: Kāds ir Piesārņojuma novēršanas akta mērķis?
A: Piesārņojuma novēršanas likuma mērķis ir meklēt oriģinālus un jaunus veidus, kā rīkoties ar piesārņojumu un novērst problēmas, pirms tās radušās.
J: Uz kādām ķīmijas disciplīnām attiecas zaļā ķīmija?
A: Zaļā ķīmija attiecas uz plašu ķīmijas disciplīnu klāstu, tostarp organisko ķīmiju, neorganisko ķīmiju, bioķīmiju, analītisko ķīmiju un pat fizikālo ķīmiju.
J: Vai zaļā ķīmija attiecas tikai uz rūpnieciskiem lietojumiem?
A: Nē, zaļā ķīmija attiecas uz jebkuru ķīmijas izvēli, un tās mērķis ir samazināt bīstamību un palielināt jebkuras ķīmijas izvēles efektivitāti.
J: Ar ko zaļā ķīmija atšķiras no vides ķīmijas?
A: Zaļā ķīmija atšķiras no vides ķīmijas ar to, ka tā koncentrējas uz piesārņojuma samazināšanu un novēršanu tā avotā, izstrādājot un izmantojot mazāk bīstamus produktus un procesus, savukārt vides ķīmija koncentrējas uz ķīmiskām parādībām vidē.
Meklēt