H Πράσινη Χημεία

..

Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνεται διάλεξη PowerPoint της κ. Κωνσταντίνας Χατζηαντωνίου-Μαρούλη, με τίτλο «Η Πράσινη Χημεία, η Χημεία που σέβεται τον Άνθρωπο και το Περιβάλλον». Πρόκειται για ένα σεμινάριο Πράσινης Χημείας, όπου παρουσιάζεται η φιλοσοφία της, οι 12 αρχές της και οι εφαρμογές της, συνοδεύεται δε από κείμενο που βοηθά στην κατανόηση του PowerPoint.

Πατήστε εδώ για να κατεβάσετε  το πλήρες αρχείο PowerPoint.

a.

.a.

a

Η Χημεία που σέβεται τον Άνθρωπο και το Περιβάλλον

«Η φύση δεν προστατεύεται στο επίπεδο των συμπτωμάτων,

προστατεύεται στο επίπεδο της προσέγγισης«

Αιμίλιος Μπουρατίνος, «Περιβάλλον και Συνείδηση στην Αρχαία Ελλάδα«

Η Χημεία είναι μια κεντρική επιστήμη, που αγγίζει την καθημερινότητα μας περισσότερο από οποιονδήποτε άλλο κλάδο των φυσικών επιστημών. Τα περισσότερα συστατικά της ζώσης ύλης, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, ένζυμα, DNA, ορμόνες, είναι όλα τους χημικές ενώσεις με θαυμαστές ιδιότητες. Τα καύσιμα των αυτοκινήτων μας, τα ρούχα που φοράμε, τα χρώματα που βάφουμε, τα τρόφιμα, τα φάρμακα, το χαρτί που γράφουμε, το φιλμ της φωτογραφικής μας μηχανής και γενικά οπουδήποτε και αν πέσουν τα μάτια μας στον κόσμο που μας περιβάλλει είναι όλα τους σύνθετα μίγματα χημικών ενώσεων. Έτσι δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι η Χημεία είναι παντού και αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της τεχνολογικής μας κουλτούρας.

Ας θυμηθούμε όμως μερικές πικρές αλήθειες, γνωστές σε όλους μας, που άμεσα ή έμμεσα σχετίζονται με την ανθρωποκεντρική καταστροφή του περιβάλλοντος:

• Τα δάση μας καταστρέφονται
• Τα εδάφη διαβρώνονται ή αχρηστεύονται από συσσώρευση αλάτων (εντατικές καλλιέργειες, γεωτρήσεις)
• Τοξικές ουσίες υπεισέρχονται στην τροφική αλυσίδα
• Τα ποτάμια στερεύουν
• Το πόσιμο νερό συνεχώς ρυπαίνεται
• Οι ασθένειες μας κατακλύζουν (ένας στους πέντε ανθρώπους ασθενεί από καρκίνο και μία στις εννέα γυναίκες από καρκίνο του μαστού)
• Το κλίμα αλλάζει συνεχώς (φαινόμενο θερμοκηπίου)
• Τα απόβλητα (αστικά, βιομηχανικά, νοσοκομειακά) ρυπαίνουν το έδαφος και τα πόσιμα ύδατα και οι τοξικές ουσίες που περιέχουν εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα. Τα διαστημικά απόβλητα (μετεωρίτες, συντρίμμια δορυφόρων και πυραύλων) και η αόρατη ρύπανση (κεραίες κινητής τηλεφωνίας, κινητά τηλέφωνα, οθόνες υπολογιστών, γραμμές δικτύων υψηλής τάσεως) έχουν επίσης εξελιχθεί σε μεγάλα προβλήματα.
• Ο πληθυσμός θηλυκοποιείται (Καλιφόρνια, ομοφυλόφιλοι ερωδιοί). Στον καταυλισμό των Ινδιάνων στη Σάρνια του Καναδά, όπου απολήγουν τα απόβλητα της χημικής βιομηχανίας, για κάθε 100 παιδιά που γεννιούνται τα 70 είναι κορίτσια, τα 30 είναι αγόρια και κάποια από τα ψάρια της περιοχής είναι αμφιφυλόφιλα.

Εδώ λοιπόν και αρκετές δεκαετίες, πολλοί επιστήμονες άρχισαν να επισημαίνουν τις επιπτώσεις τις ανεξέλεγκτης ανάπτυξης του ανθρώπου σε βάρος του περιβάλλοντος αλλά και της υγείας του. Σήμερα δε, οι προειδοποιήσεις αυτές έχουν λάβει διαστάσεις παγκόσμιου συναγερμού. Πιστεύουμε ότι μας χρειάζεται μια ηθική παιδεία, για να αντιμετωπίσουμε με τη βοήθεια της επιστήμης και της τεχνολογίας τα τεράστια προβλήματα που έχουν επισωρευτεί και συνεχώς αυξάνονται.

Έτσι λοιπόν, από το 1990, τότε που όλοι μας πια καταλάβαμε σε τι άσχημο δρόμο πορευόμαστε, άρχισε να γεννιέται η Πράσινη Χημεία και η Πράσινη Αντίληψη.

Πράσινη Χημεία είναι η χημεία που παράγει μη τοξικά προϊόντα, με διαδικασίες που δεν καταστρέφουν το περιβάλλον και δεν βλάπτουν την υγεία του ανθρώπου.

Η Πράσινη Χημεία είναι τρόπος σκέψης αλλά και δράσης.

Η Πράσινη Αντίληψη αντιμετωπίζει όλα τα προβλήματα του κόσμου μας με γνώμονα την αποτροπή της καταστροφής του.

Ο όρος Πράσινη Χημεία χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Paul Anastas το 1990, ο οποίος έδωσε τον παρακάτω ορισμό: «Πράσινη Χημεία είναι η Χημεία που χρησιμοποιεί ένα σύνολο αρχών με την εφαρμογή των οποίων μειώνεται ή εξαλείφεται η χρήση ή η δημιουργία επικινδύνων ουσιών στις διεργασίες σχεδιασμού-παραγωγής και εφαρμογής των χημικών προϊόντων».

Η Πράσινη Χημεία ασχολείται (από το 1990) με τον σχεδιασμό σύνθεσης χημικών ουσιών και διεργασιών που δεν βλάπτουν την υγεία του ανθρώπου και δεν καταστρέφουν το περιβάλλον.

Η Πολιτική του Γραφείου Περιβαλλοντικής Προστασίας των Η.Π.Α. (ΕΡΑ) από το 1970 έως και το 1995 ήταν “ελέγχω και επιβάλλω κυρώσεις” ενώ από το 1995 έως σήμερα είναι “πρόληψη της ρύπανσης”.

Η Πράσινη Χημεία, παρόλο που έχει μόνο 16 χρόνια ζωής, έχει να δείξει πολλά παραδείγματα εφαρμογής της στην έρευνα, στην τεχνολογία, στην βιομηχανία και στην εκπαίδευση.

Η Πράσινη Χημεία απλώνει γέφυρα ανάμεσα σε διάφορες επιστήμες, είναι δηλαδή μια κατεξοχήν διαθεματική επιστήμη.

Η Πράσινη Χημεία δίνει μια συναρπαστική διάσταση στην επιστήμη της Χημείας, καθόσον για την επίλυση διαφόρων προβλημάτων επιστρατεύει:

• Την Φωτοχημεία
• Την Καταλυτική Χημεία
• Την Μικροκυματική Χημεία
• Την Υπερμοριακή Χημεία
• Την Νανοχημεία
• Την Ηχοχημεία
• Την Ενζυμική Χημεία

Δηλαδή ό,τι βρίσκεται στην αιχμή του δόρατος της χημείας, οπότε δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι η πράσινη χημεία αποτελεί το hi-tech της χημείας.

Παραδείγματα που δείχνουν τις ικανότητες της Πράσινης Χημείας να δημιουργεί χημικές ενώσεις με μηδενικές ή ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις αποτελούν τα βραβεία Πράσινης Χημείας. Τα βραβεία Πράσινης Χημείας καθιερώθηκαν από την EPA και άρχισαν να δίνονται από τον Μάρτιο του 1995 σε Πανεπιστήμια, βιομηχανίες και ανεξάρτητους ερευνητές στις παρακάτω κατηγορίες:

• Εναλλακτικές συνθέσεις, π.χ. στην εταιρεία Pfizer, για την σύνθεση του Viagra®, που καταναλώνεται από 25 εκ. ανθρώπους παγκοσμίως. Η σύνθεση του ακολουθεί αλληλουχία αντιδράσεων 13 σταδίων και παράγει 400 τόνους υγρών τοξικών αποβλήτων. Η Πράσινη σύνθεση του, που πήρε το βραβείο Πράσινης Χημείας το 2003 ελάττωσε τα 13 στάδια σε τρία και μείωσε τα απόβλητα κατά 95%. Ανάλογο βραβείο δόθηκε πάλι στην Pfizer για την σύνθεση του Zoloft®, ενός αντικαταθλιπτικού φαρμάκου (η κατάθλιψη θεωρείται ο καρκίνος των ψυχικών νόσων).
• Εναλλακτικοί διαλύτες, π.χ. στην εταιρεία Bayer, το 2002, που αντικατέστησε τους τοξικούς οργανικούς διαλύτες (τολουόλιο, ξυλόλιο) με νερό, στα βερνίκια πολυουρεθάνης δύο συστατικών (οικολογικά βερνίκια).
• Σχεδιασμός ασφαλέστερων ουσιών, π.χ. στην εταιρεία Engelhard, το 2003, για την σύνθεση οργανικών χρωμάτων, όπου τα βαρέα τοξικά μέταλλα κάδμιο, μόλυβδος και χρώμιο αντικαταστάθηκαν από τα μη τοξικά ασβέστιο, νάτριο, στρόντιο, καθώς επίσης το ύτριο αντικατέστησε τον μόλυβδο στις ηλεκτροστατικές βαφές.
• Εναλλακτικές συνθέσεις, π.χ. το 2002 η εταιρεία Dupont παρασκεύασε ενζυματικά, εύκολα φθηνά και μη τοξικά την ουσία προπανοδιόλη, πρώτη ύλη για την σύνθεση σημαντικών προϊόντων καθημερινής χρήσεως (πολυμερή-πολυεστέρες, διόλη+τερεφθαλικό οξύ).

Επιλεγμένες Εφαρμογές της Πράσινης Χημείας

Βιοντίζελ, βιοαιθανόλη, βιοαποικοδομούμενα πολυμερή, πλαστικά αμύλου, Πράσινες Τεχνολογίες αντιρύπανσης (Τσερνομπιλ), χρώματα, βαφές υδατοδιαλυτές, φάρμακα, φυτοφάρμακα, τρόφιμα (επεξεργασία τροφίμων).

Πάνω απ” όλα όμως πρέπει να τονίσουμε ότι η Πράσινη Χημεία είναι μια Χημεία ελάττωσης και μείωσης. Μειώνει το κόστος, τα υλικά, την ενέργεια, την χρήση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα απόβλητα, τον κίνδυνο και την επικινδυνότητα. Όλοι μας καταλαβαίνουμε ότι το μονοπάτι που οδηγεί στην πρόληψη της ρύπανσης πρέπει να περάσει μέσα από τη μόρφωση. Κάθε πολίτης πρέπει να γνωρίζει την έννοια της βιωσιμότητας καθώς και τις 12 αρχές τις Πράσινης Χημείας. Ως βιωσιμότητα ορίζεται η ικανοποίηση των αναγκών μας, χωρίς να διακινδυνεύει η ευζωία των μελλοντικών γενεών.

Οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας

• Πρόληψη

Είναι προτιμότερο να προλαμβάνεις τη δημιουργία αποβλήτων από το να προσπαθείς να επεξεργαστείς ή να καθαρίσεις τα απόβλητα.

• Οικονομία Ατόμου

Οι μέθοδοι συνθέσεως των χημικών ουσιών πρέπει να σχεδιάζονται ώστε όλα τα άτομα των ουσιών που χρησιμοποιούνται να ενσωματώνονται στο τελικό προϊόν. Ο σχεδιασμός αντιδράσεων με καλή οικονομία ατόμου οδηγεί στην ελάττωση των αποβλήτων.

• Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις

Θα πρέπει οι συνθετικές μεθοδολογίες να σχεδιάζονται έτσι ώστε οι χημικές ουσίες που παράγονται ως ενδιάμεσα ή τελικά προϊόντα να είναι ελάχιστα ή καθόλου τοξικές για το περιβάλλον και την ανθρώπινη ζωή.

• Σχεδιασμός Ασφαλέστερων Χημικών Προϊόντων

Οι χημικές ουσίες πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να είναι αποτελεσματικές για τον σκοπό που σχεδιάστηκαν αλλά ταυτόχρονα να ελαττώνεται η τοξικότητά τους. Αντικατάσταση π.χ. του πολύ τοξικού οργανοφωσφορικού εντομοκτόνου Sevin®, για την καταπολέμηση του δάκου της ελιάς, με την φερομόνη του δάκου. Οι φερομόνες είναι οι σεξουαλικές ορμόνες των εντόμων και χρησιμοποιούνται ευρέως ως πράσινα εντομοκτόνα.

Τα φυτοφάρμακα είναι ιδιαίτερα τοξικές ουσίες, συνεπώς υπάρχει μεγάλη ανάγκη για πράσινα προϊόντα. Ένα από αυτά είναι το Gramoxon®, ζιζανιοκτόνο επαφής, η χρήση του οποίου έχει απαγορευθεί στην Ε.Ε. από το 2007 και το Agent Orange®, που χρησιμοποιήθηκε στον πόλεμο του Βιετνάμ, για την αποψίλωση των πυκνών δασών, με απώτερο σκοπό τη διευκόλυνση του βομβαρδισμού των Βιετκόγκ.

• Ασφαλέστεροι Διαλύτες και Βοηθητικά Μέσα

Θα πρέπει τα βοηθητικά μέσα των χημικών αντιδράσεων (διαλύτες, υλικά χρωματογραφίας κ.α.) να αποφεύγονται, να ελαχιστοποιούνται ή να αντικαθίστανται από πράσινους διαλύτες, δηλ. μη ρυπογόνους. Οι διαλύτες δημιουργούν τεράστια προβλήματα. Οι χλωριωμένοι διαλύτες είναι ηπατοτοξικοί και επιπλέον καταστρέφουν την στιβάδα του όζοντος.

Κατηγορίες πράσινων διαλυτών:

Διαλύτες από βιομάζα: Προκύπτουν από ζύμωση σακχάρων (αλκοόλη, γαλακτικός αιθυλεστέρας, d-λεμονένιο από φλοιό πορτοκαλιού, μεθυλεστέρας σογιελαίου κ.α.

Υπερκρίσιμοι διαλύτες: Π.χ. το διοξείδιο του άνθρακα, που είναι υγρό σε θερμοκρασία 33˚C και πίεση 77 atm. (υπερκρίσιμες συνθήκες) είναι άριστος διαλύτης για τρόφιμα, π.χ. καφές ντεκαφεϊνέ, φάρμακα, στεγνό καθάρισμα των ρούχων κ.α.

Ιονικοί διαλύτες: Βρίσκονται με τη μορφή υγρών αλάτων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορούν να διαλύσουν ελαστικά αυτοκινήτων, κάρβουνο, αμίαντο κ.α.

Υπέρθερμος Ατμός (~ 150˚C): Είναι άριστος διαλύτης για την εκχύλιση φυσικών προϊόντων, όπως είναι, για παράδειγμα, το χαμομήλι, η ρίγανη, η αλόη κ.α., με σκοπό την παρασκευή φαρμάκων όπως π.χ αντιφλεγμονωδών αλοιφών για εγκαυματίες και για μετεγχειρητικές καταστάσεις.

• Σχεδιασμός για Ενεργειακή Αποτελεσματικότητα

Επιδιώκεται μείωση της απαιτούμενης ενέργειας, στις διάφορες χημικές διεργασίες και μάλιστα, όπου είναι εφικτό, να διεξάγονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και σε ατμοσφαιρική πίεση, π.χ. αποχρωματισμός ινών με το φως του ηλίου αντί με χλωρίνη ή με υπεροξείδιο του υδρογόνου.

Εκτέλεση αντιδράσεων με χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας αντί της κλασικής θερμικής ενέργειας.

• Χρήση Ανανεώσιμων Πρώτων Υλών

Επιβάλλεται όπου είναι τεχνικώς και οικονομικώς πρακτικό.

Όχι στην ανεξέλεγκτη χρήση πετρελαίου, που θα εξαντληθεί σύντομα και αποτελεί πηγή παραγωγής πολύτιμων πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία και τη φαρμακοβιομηχανία.

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (αιολική, υδροηλεκτρική, ενέργεια των ωκεανών, γεωθερμική, κυψέλες καυσίμων, ενέργεια από βιομάζα, δηλ. βιοντίζελ και βιοαιθανόλη) δεν απομειώνουν τις ορυκτές πηγές (πετρέλαιο, λιθάνθρακα, λιγνίτη) και συνεισφέρουν λίγο ή καθόλου σε εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Η παραγωγή χημικών ουσιών από ανανεώσιμες πρώτες ύλες έχει σοβαρά πλεονεκτήματα (διατήρηση ορυκτών πηγών, οι πρώτες ύλες δεν είναι τοξικές, τα προϊόντα είναι βιοαποικοδομήσιμα) αλλά και σοβαρά μειονεκτήματα (επί του παρόντος μεγάλο κόστος, ανάγκη για νέα τεχνολογία και έλλειψη στη βιομηχανία διαδικασίας εφοδιασμού και τροφοδοσίας με ανανεώσιμες πρώτες ύλες).

Όταν λέμε βιομάζα εννοούμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς, όπως είναι το ξύλο και άλλα δασικά προϊόντα, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα (εκτός των χοιροτροφικών μονάδων), απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων και άλλα. Ως βιομάζα ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση.

• Μείωση των Ενδιάμεσων Προϊόντων

Δηλαδή των παραγώγων και των παραπροϊόντων, οπότε έτσι αφενός εξοικονομείται ενέργεια, με συνέπεια να ελαττώνονται οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, οπότε επιβραδύνεται η μεταβολή του κλίματος και αφετέρου ελαττώνονται τα απόβλητα και εξοικονομούνται πρώτες ύλες.

• Κατάλυση

Τα καταλυτικά αντιδραστήρια είναι προτιμότερα από τα στοιχειομετρικά.

Η κατάλυση είναι πολύ σημαντικό εργαλείο της Πράσινης Χημείας με τεράστια πλεονεκτήματα. Επιταχύνει τις αντιδράσεις, τους προσδίδει εκλεκτικότητα κ.α.

• Σχεδιασμός Αποικοδομήσιμων Προϊόντων

Τα χημικά προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε μετά τη χρήση τους να αποικοδομούνται προς προϊόντα που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον.

• Ανάλυση Πραγματικού Χρόνου για την Πρόληψη της Ρύπανσης

Οι αναλυτικές μεθοδολογίες πρέπει να αναπτυχθούν έτσι ώστε να παρακολουθείται και να ελέγχεται η τυχόν δημιουργία επικίνδυνων χημικών ουσιών καθ’ όλη τη διάρκεια της χημικής επεξεργασίας.

• Πρόληψη Χημικού Ατυχήματος

Οι Χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται κατά την σύνθεση ενός προϊόντος η κατά την διάρκεια  μιας χημικής διεργασίας πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε κατά την διάρκεια της διεργασίας να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος χημικού ατυχήματος, ο κίνδυνος εκπομπών, εκρήξεων και πυρκαγιών. Η μη εφαρμογή αυτής της αρχής οδήγησε σε μεγάλα χημικά ατυχήματα, όπως αυτά στο Texas το 1947, στο χωριό Minamata της Ιαπωνίας το 1956, στο Sevezo της Ιταλίας το 1976 και στην Bophal της κεντρικής Ινδίας το 1984 στις εγκαταστάσεις παρασκευής του εντομοκτόνου Carbaryl®, με 3.000 νεκρούς και 500.000 τραυματίες,

Η παρουσίαση της Πράσινης Χημείας και των 12 αρχών της αναδεικνύει τον πολύ σημαντικό ρόλο της στην προστασία της υγείας και του περιβάλλοντος. Η Πράσινη Χημεία δεν είναι η απόλυτη λύση, επί του παρόντος όμως είναι η καλύτερη διαφαινόμενη λύση, για την αντιμετώπιση των δύσκολων προβλημάτων ασφαλείας, ρύπανσης και οικονομίας φυσικών πόρων που κατακλύζουν τον πλανήτη.

Στο σημείο αυτό αξίζει να θυμηθούμε τα προφητικά λόγια του John Hollow Horn, Oglala Lakota, αρχηγού της φυλής των Sioux, το 1932

«Κάποια μέρα η Γη θα δακρύσει, θα εκλιπαρήσει για τη ζωή της, θα κλάψει με δάκρυα αίματος, τότε εσύ θα πρέπει να διαλέξεις αν θα τη βοηθήσεις ή θα την αφήσεις να πεθάνει και όταν αυτή πεθάνει, θα πεθάνεις και σύ επίσης».

Μήπως η Πράσινη Χημεία είναι ένα μικρό σημαδάκι στον ορίζοντα για ανάκαμψη από την σημερινή σε πολλαπλά επίπεδα παρακμή, όπου κυριαρχεί η πρόταξη των προσωπικών συμφερόντων και η αύξηση της καταναλωτικής ικανότητας;

Υπάρχει μια Χημεία, η Πράσινη Χημεία, που χαρακτηρίζεται και ως υπεύθυνη Χημεία και μπορεί να βοηθήσει τον αγώνα για τη σωτηρία της Γής!

Κωνσταντίνα Χατζηαντωνίου-Μαρούλη

Επικ. Καθηγήτρια Τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ.

.