Войти
Зеленая химия, также называемая устойчивой химией, - это область химии и химической инженерии, ориентированная на разработку продуктов и процессов, которые минимизируют или исключают использование и образование опасных веществ. В то время как химия окружающей среды фокусируется на воздействии загрязняющих химикатов на природу, зеленая химия фокусируется на воздействии химии на окружающую среду, в том числе на сокращении потребления невозобновляемых ресурсов и технологических подходах. для предотвращения загрязнения.
Всеобъемлющие цели зеленой химии, а именно более ресурсоэффективная и по своей сути более безопасная конструкция молекул, материалов, продуктов и процессов, могут быть достигнуты в самых разных контекстах.
ИЮПАК определение Зеленая химия (устойчивая химия) : Разработка химических продуктов и процессов, которые сокращают или исключают использование или образование веществ, опасных для людей, животных, растений и окружающей среды.Примечание 1: Изменено из исх. чтобы быть более общим.
Примечание 2: Зеленая химия обсуждает инженерные концепции предотвращения загрязнения и нулевых отходов как в лабораторных, так и в промышленных масштабах. Он поощряет использование экономичных и
экологически совместимых методов, которые не только улучшают выход, но и снижают стоимость утилизации отходов в конце химического процесса.Зеленая химия возникла из множества существующих идеи и исследовательские усилия (такие как атомная экономика и катализ ) в период, предшествующий 1990-м годам, в контексте растущего внимания к проблемам химического загрязнения и истощение ресурсов. Развитие зеленой химии в Европе и США было связано со сдвигом в стратегиях решения экологических проблем: отходом от правил управления и контроля и обязательного сокращения промышленных выбросов в «конце трубы», «к активному предотвращению загрязнения через инновационный дизайн самих производственных технологий. Набор концепций, ныне признанных «зеленой» химией, объединился в середине и конце 1990-х годов вместе с более широким принятием этого термина (который преобладал над конкурирующими терминами, такими как «чистая» и «устойчивая» химия).
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды сыграло важную роль на раннем этапе развития зеленой химии посредством своих программ предотвращения загрязнения, финансирования и профессиональной координации. В то же время в Соединенном Королевстве исследователи из Йоркского университета внесли свой вклад в создание Сети зеленой химии в рамках Королевского химического общества и запуск журнала Зеленая химия.
В 1998 году Пол Анастас (который тогда руководил Программой зеленой химии в Агентстве по охране окружающей среды США) и Джон К. Уорнер ( затем из Polaroid Corporation ) опубликовал набор принципов, которыми руководствуются в практике «зеленой химии». Двенадцать принципов рассматривают ряд способов уменьшения воздействия химического производства на окружающую среду и здоровье человека, а также указывают приоритеты исследований для развития технологий зеленой химии.
Принципы охватывают такие концепции, как:
Двенадцать принципов зеленой химии:
Предпринимаются попытки не только количественно оценить экологичность химического процесса, а также учитывать другие переменные, такие как химический выход, цена компонентов реакции, безопасность при обращении с химикатами, требования к оборудованию, энергетический профиль и простота обработки и очистки продукта. В одном количественном исследовании восстановление нитробензола до анилина получило 64 балла из 100, что свидетельствует о приемлемом синтезе в целом, тогда как синтез амид с использованием HMDS описывается как адекватный только с совокупными 32 точками.
Зеленая химия все чаще рассматривается как мощный инструмент, который исследователи должны использовать для оценки воздействия нанотехнологий на окружающую среду. По мере разработки наноматериалов необходимо учитывать воздействие на окружающую среду и здоровье человека как самих продуктов, так и процессов их производства, чтобы обеспечить их долгосрочную экономическую жизнеспособность.
Основное применение растворителей в деятельности человека - это краски и покрытия (46% использования). Меньшие объемы применения включают очистку, обезжиривание, нанесение адгезивов и химический синтез. Традиционные растворители часто токсичны или хлорированы. С другой стороны, зеленые растворители обычно менее вредны для здоровья и окружающей среды и предпочтительно более устойчивы. В идеале растворители должны быть получены из возобновляемых источников и разлагаться биологически до безвредного, часто встречающегося в природе продукта. Однако производство растворителей из биомассы может быть более вредным для окружающей среды, чем производство тех же растворителей из ископаемого топлива. Таким образом, при выборе растворителя для продукта или процесса необходимо учитывать влияние производства растворителей на окружающую среду. Еще один фактор, который следует учитывать, - это судьба растворителя после использования. Если растворитель используется в закрытом помещении, где сбор и рециркуляция растворителя возможны, следует учитывать затраты на энергию и экологический ущерб, связанный с рециркуляцией; в такой ситуации вода, очистка которой требует больших затрат энергии, может быть не самым экологически чистым выбором. С другой стороны, растворитель, содержащийся в потребительском продукте, вероятно, будет высвобожден в окружающую среду при использовании, и поэтому воздействие самого растворителя на окружающую среду более важно, чем затраты на энергию и влияние рециркуляции растворителя; в таком случае вода, скорее всего, будет зеленым выбором. Короче говоря, необходимо учитывать влияние всего срока службы растворителя, от колыбели до могилы (или от колыбели до колыбели, если он переработан). Таким образом, наиболее полное определение зеленого растворителя следующее: «зеленый растворитель - это растворитель, который заставляет продукт или процесс оказывать наименьшее воздействие на окружающую среду на протяжении всего его жизненного цикла».
Таким образом, по определению растворитель может быть экологически чистым для одного применения (поскольку он наносит меньший вред окружающей среде, чем любой другой растворитель, который может использоваться для этого применения), и все же не быть экологически чистым растворителем для другого применения. Классическим примером является вода, которая является экологически чистым растворителем для потребительских товаров, таких как средство для чистки унитазов, но не является экологически чистым растворителем для производства политетрафторэтилена. Для производства этого полимера использование воды в качестве растворителя требует добавления перфторированных поверхностно-активных веществ, которые обладают высокой стойкостью. Вместо этого сверхкритический диоксид углерода кажется наиболее экологически чистым растворителем для этого применения, поскольку он хорошо работает без каких-либо поверхностно-активных веществ. Таким образом, ни один растворитель не может быть объявлен «зеленым растворителем», если декларация не ограничена конкретным применением.
Новые или усовершенствованные синтетические методы часто могут обеспечить улучшенные экологические характеристики или обеспечить лучшее соблюдение принципов зеленой химии. Например, Нобелевская премия по химии 2005 г. была присуждена Иву Шовену, Роберту Х. Граббсу и Ричарду Р. Шроку за разработку метода метатезиса в органическом синтезе с явным указанием ссылка на его вклад в зеленую химию и «более разумное производство». Обзор 2005 года выявил три ключевых достижения зеленой химии в области органического синтеза : использование сверхкритического диоксида углерода в качестве зеленого растворителя, водный перекись водорода для чистого окисления и использования водорода в асимметричном синтезе. Некоторыми дополнительными примерами прикладной зеленой химии являются сверхкритическое водное окисление, реакции с водой и реакции в сухой среде.
Биоинженерия также рассматривается как многообещающий метод для достижение целей зеленой химии. Ряд важных технологических химикатов может быть синтезирован в искусственно созданных организмах, таких как шикимат, предшественник Тамифлю, который ферментируется компанией Roche в бактериях. Щелчковая химия часто упоминается как стиль химического синтеза, который соответствует целям зеленой химии. Концепция «зеленой аптеки» недавно была сформулирована на основе аналогичных принципов.
В 1996 году Dow Chemical выиграла конкурс «Зеленые условия реакции» 1996 года. награда за их 100% диоксид углерода вспениватель для производства пенополистирола . Пенополистирол - распространенный материал, используемый для упаковки и транспортировки пищевых продуктов. Только в Соединенных Штатах ежегодно производится семьсот миллионов фунтов стерлингов. Традиционно в процессе производства листов пенопласта использовались CFC и другие озоноразрушающие химические вещества, представляющие серьезную опасность для окружающей среды. Легковоспламеняющиеся, взрывоопасные и, в некоторых случаях, токсичные углеводороды также использовались в качестве заменителей ХФУ, но они создают свои собственные проблемы. Компания Dow Chemical обнаружила, что сверхкритический диоксид углерода работает одинаково хорошо, как вспенивающий агент, без необходимости использования опасных веществ, что упрощает переработку полистирола. CO 2, используемый в процессе, повторно используется в других отраслях промышленности, поэтому чистый выброс углерода в процессе равен нулю.
Принцип решения № 2 - это пероксидный процесс для производства гидразина без совместного образования соли. Гидразин традиционно получают с помощью процесса Олина Рашига из гипохлорита натрия (активный ингредиент многих отбеливателей ) и аммиака. Итоговая реакция дает один эквивалент хлорида натрия на каждый эквивалент целевого продукта гидразина:
В более экологичном пероксидном процессе в качестве окислителя используется пероксид водорода, а побочным продуктом является вода. Чистое преобразование выглядит следующим образом:
Принцип адресации # 4, этот процесс не требует вспомогательных экстрагирующих растворителей. Метилэтилкетон используется в качестве носителя для гидразина, промежуточная фаза кетазина отделяется от реакционной смеси, облегчая обработку без необходимости экстрагирующего растворителя.
Принцип адресации № 7 - это зеленый путь к 1,3-пропандиолу, который традиционно получают из нефтехимических прекурсоров. Его можно получить из возобновляемых предшественников посредством биоразделения 1,3-пропандиола с использованием генетически модифицированного штамма E. coli. Этот диол используется для изготовления новых полиэфиров для производства ковров.
Лактид В 2002 году компания Cargill Dow (ныне NatureWorks ) получила награду за более экологичные условия реакции за свой улучшенный метод полимеризации из <187.>полимолочная кислота. К сожалению, полимеры на основе лактида не работают хорошо, и вскоре после получения награды компания Dow прекратила проект. Молочная кислота производится ферментацией кукурузы и превращается в лактид, сложный циклический димерный эфир молочной кислоты с использованием эффективной циклизации, катализируемой оловом. Энантиомер L, L-лактида выделяют перегонкой и полимеризуют в расплаве с получением кристаллизующегося полимера, который имеет некоторые применения, включая текстильные изделия и упаковку одежды, столовых приборов и пищевых продуктов. Wal-Mart объявила, что использует / будет использовать PLA для упаковки своей продукции. Процесс NatureWorks PLA заменяет возобновляемые материалы для нефтяного сырья, не требует использования опасных органических растворителей, типичных для других процессов PLA, и приводит к высококачественному полимеру, который подлежит переработке и компостированию.
В 2003 г. Shaw Industries выбрала комбинацию полиолефиновых смол в качестве основного полимера для EcoWorx из-за низкой токсичности исходного сырья и превосходной адгезии свойства, стабильность размеров и способность к переработке. Состав EcoWorx также должен был быть совместим с нейлоновым ковровым волокном. Хотя EcoWorx можно восстанавливать из любого типа волокна, нейлон-6 дает значительное преимущество. Полиолефины совместимы с известными методами деполимеризации нейлона-6. ПВХ мешает этим процессам. Химия нейлона-6 хорошо известна и не рассматривается в производстве первого поколения. С самого начала EcoWorx отвечал всем критериям проектирования, необходимым для удовлетворения потребностей рынка с точки зрения производительности, здоровья и окружающей среды. Исследования показали, что разделение волокна и основы посредством отмучивания, измельчения и разделения воздуха оказалось лучшим способом восстановления лицевых и опорных компонентов, но была необходима инфраструктура для возврата EcoWorx после потребления в процесс отмучивания.. Исследования также показали, что ковровая плитка постпотребительского производства имела положительную экономическую ценность в конце своего срока службы. EcoWorx признан компанией MBDC как сертифицированный дизайн от колыбели до колыбели.
Транс- и цис-жирные кислоты В 2005 году Archer Daniels Midland ( ADM) и Novozymes выиграли премию Greener Synthetic Pathways Award за процесс переэтерификации фермента. В ответ на США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) обязало маркировку трансжиров в информации о пищевой ценности к 1 января 2006 г., Novozymes и ADM совместно разработали чистый ферментативный процесс для переэтерификации масел и жиров путем замены насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В результате получаются коммерчески жизнеспособные продукты без трансжиров. Помимо пользы для здоровья человека от устранения трансжиров, этот процесс сократил использование токсичных химикатов и воды, предотвратил образование огромного количества побочных продуктов и уменьшил потери жиров и масел.
В 2011 году награда за выдающиеся достижения в области экологической химии за счет малого бизнеса была присуждена BioAmber Inc. за интегрированное производство и последующее применение биологических продуктов. янтарная кислота. Янтарная кислота - это платформенное химическое соединение, которое является важным исходным материалом в рецептурах повседневных продуктов. Традиционно янтарную кислоту получают из нефтяного сырья. Компания BioAmber разработала процесс и технологию, которые производят янтарную кислоту путем ферментации возобновляемого сырья с меньшими затратами и меньшими затратами энергии, чем нефтяной эквивалент, при этом CO 2 вместо его выделения. Однако из-за снижения цен на нефть компания обанкротилась, и янтарная кислота из биологических источников сейчас практически не производится.
Некоторые лабораторные химические вещества вызывают споры с точки зрения зеленой химии. Массачусетский технологический институт создал «Мастера зеленых» альтернатив [2], чтобы помочь определить альтернативы. Бромид этидия, ксилол, ртуть и формальдегид были определены как «худшие нарушители», которым есть альтернативы. В частности, растворители вносят большой вклад в воздействие химического производства на окружающую среду, и все большее внимание уделяется внедрению более экологичных растворителей на самых ранних этапах развития этих процессов: лабораторных реакциях и методах очистки. В фармацевтической промышленности и GSK, и Pfizer опубликовали руководства по выбору растворителей для своих химиков, занимающихся открытием лекарств.
В 2007 году ЕС ввел в действие программу регистрации, оценки, авторизации и ограничения химических веществ (REACH), который требует от компаний предоставления данных, подтверждающих безопасность их продуктов. Это постановление (1907/2006) обеспечивает не только оценку опасностей, связанных с химическими веществами, а также рисков при их использовании, но также включает меры по запрещению или ограничению / разрешению использования конкретных веществ. ECHA, Агентство ЕС по химическим веществам в Хельсинки, реализует постановление, в то время как обеспечение соблюдения лежит на государствах-членах ЕС.
Закон США, который регулирует большинство промышленных химикатов (за исключением пестицидов, пищевых продуктов и фармацевтических препаратов), - это Закон о контроле за токсичными веществами (TSCA) 1976 года. Изучая роль программ регулирования в формировании развития зеленой химии в Соединенных Штатах, аналитики выявили структурные недостатки и давние недостатки TSCA; например, в отчете законодательного собрания Калифорнии за 2006 год делается вывод, что TSCA создала внутренний рынок химикатов, который снижает опасные свойства химикатов относительно их функции, цены и характеристик. Ученые утверждают, что такие рыночные условия представляют собой ключевой барьер на пути научного, технического и коммерческого успеха зеленой химии в США, и для исправления этих недостатков необходимы фундаментальные изменения политики.
Принятие в 1990 году Закон о предотвращении загрязнения помог выработать новые подходы к борьбе с загрязнением, предотвращая экологические проблемы до того, как они возникнут.
В 2008 году штат Калифорния утвердил два закона, направленных на поощрение зеленой химии, положив начало Калифорнийской инициативе по зеленой химии. Один из этих законодательных актов требовал, чтобы Департамент по контролю за токсичными веществами Калифорнии (DTSC) разработал новые правила, в которых уделялось бы приоритетное внимание «химическим веществам, вызывающим озабоченность» и поощряя замену опасных химикатов более безопасными альтернативами. Принятые в результате правила вступили в силу в 2013 году, положив начало Программе безопасных потребительских товаров DTSC.
Многие учебные заведения предлагают курсы и степени по экологической химии. Примеры со всего мира - Технический университет Дании и несколько в США, например в университетах Массачусетса-Бостона, Мичигана и Орегона. Курсы магистратуры и докторантуры по зеленым технологиям были введены Институтом химической технологии, Индия. В Великобритании в Йоркском университете, Лестерский университет, факультет химии и MRes по зеленой химии Имперского колледжа Лондона. В Испании различные университеты, такие как Universitat Jaume I или Universidad de Navarra, предлагают магистерские курсы по зеленой химии. Есть также веб-сайты, посвященные зеленой химии, такие как Информационный центр зеленой химии в Мичигане.
Помимо магистерских курсов по зеленой химии, Цюрихский университет прикладных наук ZHAW представляет экспозицию и веб-страницу «Сделаем химию экологичной» для широкая публика, иллюстрирующая 12 принципов.
В определении есть двусмысленность о зеленой химии и о том, как это понимается в более широких кругах науки, политики и деловых кругов. Даже в химии исследователи использовали термин «зеленая химия» для описания ряда работ независимо от концепции, предложенной Анастасом и Уорнером ( т.е. 12 принципов). Хотя не все варианты использования этого термина являются законными (см. e greenwashing ), многие из них, и авторитетный статус любого отдельного определения является неопределенным. В более широком смысле идею «зеленой химии» можно легко связать (или спутать) со связанными понятиями, такими как зеленая инженерия, экологический дизайн или устойчивость в целом. Сложный и многогранный характер «зеленой химии» затрудняет разработку четких и простых показателей. В результате, «что такое зеленое» часто вызывает споры.
Несколько научных обществ учредили награды для поощрения исследований в области зеленой химии.
Chemistry портал .
